DeepFEM: A Novel Element-Based Deep Learning Approach for Solving Nonlinear Partial Differential Equations in Computational Solid Mechanics

非线性系统 人工神经网络 偏微分方程 固体力学 计算机科学 应用数学 有限元法 数学 人工智能 数学分析 物理 结构工程 工程类 材料科学 量子力学 复合材料
作者
Yijia Dong,Tao Liu,Zhi-Min Li,Pizhong Qiao
出处
期刊:Journal of Engineering Mechanics-asce [American Society of Civil Engineers]
卷期号:149 (2) 被引量:10
标识
DOI:10.1061/jenmdt.emeng-6643
摘要

In this paper, an element-based deep learning approach named DeepFEM for solving nonlinear partial differential equations (PDEs) in solid mechanics is developed to reduce the number of sampling points required for training the deep neural network. Shape functions are introduced into deep learning to approximate the displacement field within the element. A general scheme for training the deep neural network based on derivatives computed from the shape functions is proposed. For the sake of demonstrations, the nonlinear vibration, nonlinear bending, and cohesive fracture problems are solved, and the results are compared with those from the existing methods to evaluate the performance of the present method. The results demonstrate that DeepFEM can effectively approximate the solution of the nonlinear mechanics problems with high accuracy, while the shape functions can significantly improve the computational efficiency. Moreover, with the trained DeepFEM model, the solutions of nonlinear problems with different geometric or material properties can be obtained instantly without retraining. Finally, the proposed DeepFEM is employed in the identification of material parameters of composite plate. The results show that the longitudinal and transverse elastic moduli of the ply in the composite plates can be accurately predicted based on the nonlinear mechanical response of plates.
最长约 10秒,即可获得该文献文件

科研通智能强力驱动
Strongly Powered by AbleSci AI
更新
PDF的下载单位、IP信息已删除 (2025-6-4)

科研通是完全免费的文献互助平台,具备全网最快的应助速度,最高的求助完成率。 对每一个文献求助,科研通都将尽心尽力,给求助人一个满意的交代。
实时播报
量子星尘发布了新的文献求助10
刚刚
在水一方应助111采纳,获得10
1秒前
1秒前
3秒前
斯文败类应助酱紫采纳,获得10
3秒前
4秒前
欢呼的傲丝完成签到,获得积分10
6秒前
皮卡丘完成签到 ,获得积分0
6秒前
8秒前
蛋蛋发布了新的文献求助10
8秒前
8秒前
科研通AI6应助23652采纳,获得10
8秒前
H恺发布了新的文献求助10
9秒前
10秒前
YL完成签到 ,获得积分10
10秒前
10秒前
11秒前
传奇3应助浮希颜采纳,获得10
11秒前
古夕完成签到,获得积分10
13秒前
Dr_zsc发布了新的文献求助10
13秒前
领导范儿应助哭泣毛巾采纳,获得10
14秒前
15秒前
15秒前
长乐完成签到,获得积分10
15秒前
小池同学发布了新的文献求助10
16秒前
16秒前
李健的粉丝团团长应助tf采纳,获得10
16秒前
领导范儿应助bbbuc采纳,获得10
17秒前
17秒前
成成成完成签到,获得积分10
18秒前
H恺完成签到,获得积分10
18秒前
上官若男应助JYY采纳,获得10
19秒前
ddw完成签到,获得积分10
20秒前
lft361应助蛋蛋采纳,获得10
20秒前
Dr_zsc完成签到,获得积分10
21秒前
21秒前
bela完成签到,获得积分10
21秒前
共享精神应助xiaoxiao采纳,获得10
22秒前
艾伊发布了新的文献求助10
22秒前
22秒前
高分求助中
Aerospace Standards Index - 2025 10000
(应助此贴封号)【重要!!请各用户(尤其是新用户)详细阅读】【科研通的精品贴汇总】 10000
Clinical Microbiology Procedures Handbook, Multi-Volume, 5th Edition 1000
Teaching Language in Context (Third Edition) 1000
List of 1,091 Public Pension Profiles by Region 941
流动的新传统主义与新生代农民工的劳动力再生产模式变迁 500
Historical Dictionary of British Intelligence (2014 / 2nd EDITION!) 500
热门求助领域 (近24小时)
化学 材料科学 医学 生物 工程类 有机化学 生物化学 物理 纳米技术 计算机科学 内科学 化学工程 复合材料 物理化学 基因 遗传学 催化作用 冶金 量子力学 光电子学
热门帖子
关注 科研通微信公众号,转发送积分 5443296
求助须知:如何正确求助?哪些是违规求助? 4553176
关于积分的说明 14241249
捐赠科研通 4474739
什么是DOI,文献DOI怎么找? 2452158
邀请新用户注册赠送积分活动 1443119
关于科研通互助平台的介绍 1418742