Direct numerical simulation of hierarchical materials via homogenization-based concurrent multiscale models poses critical challenges for 3D large scale engineering applications, as the computation of highly nonlinear and path-dependent material constitutive responses at the lower scale causes prohibitively high computational costs. In this work, we propose a physics-informed data-driven deep learning model as an efficient surrogate to emulate the effective responses of heterogeneous microstructures under irreversible elasto-plastic hardening and softening deformation. Our contribution contains several major innovations. First, we propose a novel training scheme to generate arbitrary loading sequences in the sampling space confined by deformation constraints where the simulation cost of homogenizing microstructural responses per sequence is dramatically reduced via mechanistic reduced-order models. Second, we develop a new sequential learner that incorporates thermodynamics consistent physics constraints by customizing training loss function and data flow architecture. We additionally demonstrate the integration of trained surrogate within the framework of classic multiscale finite element solver. Our numerical experiments indicate that our model shows a significant accuracy improvement over pure data-driven emulator and a dramatic efficiency boost than reduced models. We believe our data-driven model provides a computationally efficient and mechanics consistent alternative for classic constitutive laws beneficial for potential high-throughput simulations that needs material homogenization of irreversible behaviors.


翻译:通过基于同质的同质性同时的多尺度模型,对等级材料进行直接数字模拟,对3D大型工程应用提出了重大挑战,因为计算高度非线性和基于路径的低尺度材料构成反应,导致过高的计算成本。在这项工作中,我们提议以物理知情数据驱动的深层次学习模型作为有效替代,以效仿在不可逆的极光塑料硬化和软化变形下的各种微型结构的有效反应。我们的贡献包含若干重大创新。首先,我们提议了一个新的培训计划,以便在取样空间产生任意的装载序列,这种排解限制限制了采样空间的容积,因为通过机械性减序模型使同质微结构反应的模拟成本大大降低。第二,我们开发了一个新的顺序学习器,通过对培训损失功能和数据流结构进行定制,将热力一致的物理限制纳入其中。我们进一步展示了经过培训的超标准多尺度元素解析器框架的集成。我们的数字实验表明,我们的模型显示,在纯数据驱动的模化模版模化模化和急剧效率提升了比降低的模型的急剧提高效率,我们相信,能够进行一个稳定的模型。

0
下载
关闭预览

相关内容

ACM/IEEE第23届模型驱动工程语言和系统国际会议,是模型驱动软件和系统工程的首要会议系列,由ACM-SIGSOFT和IEEE-TCSE支持组织。自1998年以来,模型涵盖了建模的各个方面,从语言和方法到工具和应用程序。模特的参加者来自不同的背景,包括研究人员、学者、工程师和工业专业人士。MODELS 2019是一个论坛,参与者可以围绕建模和模型驱动的软件和系统交流前沿研究成果和创新实践经验。今年的版本将为建模社区提供进一步推进建模基础的机会,并在网络物理系统、嵌入式系统、社会技术系统、云计算、大数据、机器学习、安全、开源等新兴领域提出建模的创新应用以及可持续性。 官网链接:http://www.modelsconference.org/
不可错过!《机器学习100讲》课程,UBC Mark Schmidt讲授
专知会员服务
73+阅读 · 2022年6月28日
Stabilizing Transformers for Reinforcement Learning
专知会员服务
58+阅读 · 2019年10月17日
[综述]深度学习下的场景文本检测与识别
专知会员服务
77+阅读 · 2019年10月10日
【SIGGRAPH2019】TensorFlow 2.0深度学习计算机图形学应用
专知会员服务
39+阅读 · 2019年10月9日
【ICIG2021】Latest News & Announcements of the Tutorial
中国图象图形学学会CSIG
3+阅读 · 2021年12月20日
【ICIG2021】Latest News & Announcements of the Workshop
中国图象图形学学会CSIG
0+阅读 · 2021年12月20日
【ICIG2021】Check out the hot new trailer of ICIG2021 Symposium6
中国图象图形学学会CSIG
2+阅读 · 2021年11月12日
【ICIG2021】Check out the hot new trailer of ICIG2021 Symposium4
中国图象图形学学会CSIG
0+阅读 · 2021年11月10日
【ICIG2021】Check out the hot new trailer of ICIG2021 Symposium2
中国图象图形学学会CSIG
0+阅读 · 2021年11月8日
【ICIG2021】Check out the hot new trailer of ICIG2021 Symposium1
中国图象图形学学会CSIG
0+阅读 · 2021年11月3日
Hierarchically Structured Meta-learning
CreateAMind
26+阅读 · 2019年5月22日
Transferring Knowledge across Learning Processes
CreateAMind
27+阅读 · 2019年5月18日
Unsupervised Learning via Meta-Learning
CreateAMind
42+阅读 · 2019年1月3日
A Technical Overview of AI & ML in 2018 & Trends for 2019
待字闺中
16+阅读 · 2018年12月24日
国家自然科学基金
1+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
1+阅读 · 2013年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2009年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2009年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2009年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2009年12月31日
国家自然科学基金
2+阅读 · 2009年12月31日
Arxiv
0+阅读 · 2023年2月3日
Arxiv
0+阅读 · 2023年2月3日
Arxiv
0+阅读 · 2023年2月2日
Recent advances in deep learning theory
Arxiv
50+阅读 · 2020年12月20日
Arxiv
17+阅读 · 2019年3月28日
VIP会员
相关资讯
【ICIG2021】Latest News & Announcements of the Tutorial
中国图象图形学学会CSIG
3+阅读 · 2021年12月20日
【ICIG2021】Latest News & Announcements of the Workshop
中国图象图形学学会CSIG
0+阅读 · 2021年12月20日
【ICIG2021】Check out the hot new trailer of ICIG2021 Symposium6
中国图象图形学学会CSIG
2+阅读 · 2021年11月12日
【ICIG2021】Check out the hot new trailer of ICIG2021 Symposium4
中国图象图形学学会CSIG
0+阅读 · 2021年11月10日
【ICIG2021】Check out the hot new trailer of ICIG2021 Symposium2
中国图象图形学学会CSIG
0+阅读 · 2021年11月8日
【ICIG2021】Check out the hot new trailer of ICIG2021 Symposium1
中国图象图形学学会CSIG
0+阅读 · 2021年11月3日
Hierarchically Structured Meta-learning
CreateAMind
26+阅读 · 2019年5月22日
Transferring Knowledge across Learning Processes
CreateAMind
27+阅读 · 2019年5月18日
Unsupervised Learning via Meta-Learning
CreateAMind
42+阅读 · 2019年1月3日
A Technical Overview of AI & ML in 2018 & Trends for 2019
待字闺中
16+阅读 · 2018年12月24日
相关基金
国家自然科学基金
1+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
1+阅读 · 2013年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2009年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2009年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2009年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2009年12月31日
国家自然科学基金
2+阅读 · 2009年12月31日
Top
微信扫码咨询专知VIP会员