Phase-field-based models have become common in material science, mechanics, physics, biology, chemistry, and engineering for the simulation of microstructure evolution. Yet, they suffer from the drawback of being computationally very costly when applied to large, complex systems. To reduce such computational costs, a Unet-based artificial neural network is developed as a surrogate model in the current work. Training input for this network is obtained from the results of the numerical solution of initial-boundary-value problems (IBVPs) based on the Fan-Chen model for grain microstructure evolution. In particular, about 250 different simulations with varying initial order parameters are carried out and 200 frames of the time evolution of the phase fields are stored for each simulation. The network is trained with 90% of this data, taking the $i$-th frame of a simulation, i.e. order parameter field, as input, and producing the $(i+1)$-th frame as the output. Evaluation of the network is carried out with a test dataset consisting of 2200 microstructures based on different configurations than originally used for training. The trained network is applied recursively on initial order parameters to calculate the time evolution of the phase fields. The results are compared to the ones obtained from the conventional numerical solution in terms of the errors in order parameters and the system's free energy. The resulting order parameter error averaged over all points and all simulation cases is 0.005 and the relative error in the total free energy in all simulation boxes does not exceed 1%.


翻译:在材料科学、机械、物理、生物学、化学和模拟微结构演变的工程学中,基于阶段的模型已变得司空见惯;然而,在对大型复杂系统应用时,由于计算成本非常昂贵而出现倒退;为了降低这种计算成本,以基于Unet的人工神经网络作为当前工作中的替代模型开发了一个基于Unet的人工神经网络;这个网络的培训投入来自基于粮食微结构演变范亨模型的初始-约束值问题数字解决方案(IBVPs)的结果;特别是,进行了大约250种不同初始序列参数的不同模拟,为每个模拟系统储存了200个阶段字段时间演变框架;为了降低这种计算成本,以美元为当前工作的替代模型开发了一个基于Unet的人工神经网络;为这个网络的培训投入来自最初(i+1)-美元框架的数值解决方案。对网络的评估采用测试数据集,包括基于不同于最初用于培训的不同配置的2200个微结构;为每个模拟模型储存了200个阶段的阶段演变时间框架的200个框架。经过培训的网络在初始参数中,使用90%的90%的数据是用这种数据框架的模型,在常规阶段的模型中,因此将所有平均序列的顺序的顺序计算结果,在常规的顺序中,从所有时间序列中进行。

0
下载
关闭预览

相关内容

Networking:IFIP International Conferences on Networking。 Explanation:国际网络会议。 Publisher:IFIP。 SIT: http://dblp.uni-trier.de/db/conf/networking/index.html
Keras François Chollet 《Deep Learning with Python 》, 386页pdf
专知会员服务
152+阅读 · 2019年10月12日
强化学习最新教程,17页pdf
专知会员服务
174+阅读 · 2019年10月11日
机器学习入门的经验与建议
专知会员服务
92+阅读 · 2019年10月10日
ACM MM 2022 Call for Papers
CCF多媒体专委会
5+阅读 · 2022年3月29日
ACM TOMM Call for Papers
CCF多媒体专委会
2+阅读 · 2022年3月23日
AIART 2022 Call for Papers
CCF多媒体专委会
1+阅读 · 2022年2月13日
【ICIG2021】Check out the hot new trailer of ICIG2021 Symposium3
中国图象图形学学会CSIG
0+阅读 · 2021年11月9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
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
17+阅读 · 2018年12月24日
disentangled-representation-papers
CreateAMind
26+阅读 · 2018年9月12日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2015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
0+阅读 · 2013年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2012年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2012年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2012年12月31日
国家自然科学基金
1+阅读 · 2012年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2012年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2012年12月31日
Arxiv
23+阅读 · 2022年2月24日
Meta-Learning to Cluster
Arxiv
17+阅读 · 2019年10月30日
Arxiv
26+阅读 · 2019年3月5日
Arxiv
10+阅读 · 2017年7月4日
VIP会员
相关资讯
ACM MM 2022 Call for Papers
CCF多媒体专委会
5+阅读 · 2022年3月29日
ACM TOMM Call for Papers
CCF多媒体专委会
2+阅读 · 2022年3月23日
AIART 2022 Call for Papers
CCF多媒体专委会
1+阅读 · 2022年2月13日
【ICIG2021】Check out the hot new trailer of ICIG2021 Symposium3
中国图象图形学学会CSIG
0+阅读 · 2021年11月9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
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
17+阅读 · 2018年12月24日
disentangled-representation-papers
CreateAMind
26+阅读 · 2018年9月12日
相关基金
国家自然科学基金
0+阅读 · 2015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
0+阅读 · 2013年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2012年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2012年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2012年12月31日
国家自然科学基金
1+阅读 · 2012年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2012年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2012年12月31日
Top
微信扫码咨询专知VIP会员