For multilayer structures, interfacial failure is one of the most important elements related to device reliability. For cohesive zone modelling, traction-separation relations represent the adhesive interactions across interfaces. However, existing theoretical models do not currently capture traction-separation relations that have been extracted using direct methods, particularly under mixed-mode conditions. Given the complexity of the problem, models derived from the neural network approach are attractive. Although they can be trained to fit data along the loading paths taken in a particular set of mixed-mode fracture experiments, they may fail to obey physical laws for paths not covered by the training data sets. In this paper, a thermodynamically consistent neural network (TCNN) approach is established to model the constitutive behavior of interfaces when faced with sparse training data sets. Accordingly, three conditions are examined and implemented here: (i) thermodynamic consistency, (ii) maximum energy dissipation path control and (iii) J-integral conservation. These conditions are treated as constraints and are implemented as such in the loss function. The feasibility of this approach is demonstrated by comparing the modeling results with a range of physical constraints. Moreover, a Bayesian optimization algorithm is then adopted to optimize the weight factors associated with each of the constraints in order to overcome convergence issues that can arise when multiple constraints are present. The resultant numerical implementation of the ideas presented here produced well-behaved, mixed-mode traction separation surfaces that maintained the fidelity of the experimental data that was provided as input. The proposed approach heralds a new autonomous, point-to-point constitutive modeling concept for interface mechanics.


翻译:对于多层结构而言,跨层故障是与装置可靠性有关的最重要的要素之一。对于具有凝聚力的区域建模而言,牵离分离关系代表着跨界面的粘合互动。然而,现有的理论模型目前并不捕捉使用直接方法,特别是在混合模式条件下,提取的牵离分离关系。鉴于问题的复杂性,神经网络方法产生的模型具有吸引力。尽管可以训练它们将数据与在一组混合模式断裂实验中采用的装货路径相适应,但它们可能不遵守培训数据集所没有覆盖的路径的物理法则。在本文件中,建立了热动力一致的神经网络(TCNNN)方法,以模拟在面临零散的培训数据集时,界面的构造-分离关系。因此,在这里对三个条件进行审查和实施:(一) 热力一致性,(二) 最大能量分解路径控制,以及(三) J-分解保存。这些条件被视为制约,并在损失功能中执行。这一方法的可行性表现在将当前精良性电离层的神经网络(TCNNN)概念与各种物理制约的模型下,可以将模型与当前压的精度的精度进行对比。

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