Tensor Train Decomposition for Data-Driven Prognosis of Fracture Dynamics in Composite Materials

有限元法 计算机科学 奇异值分解 张量(固有定义) 断裂力学 伽辽金法 矢量化(数学) 代表(政治) 断裂(地质) 张量积 算法 应用数学 结构工程 数学 几何学 材料科学 工程类 复合材料 并行计算 政治 法学 政治学 纯数学
作者
Pham Luu Trung Duong,Nagarajan Raghavan,Shaista Hussain,Mark Hyunpong Jhon
标识
DOI:10.1109/aero47225.2020.9172575
摘要

It is important to be able to accurately predict the evolution of damage in structural components to evaluate the mechanical reliability of engineering structures. This requires modeling complex mechanisms in damage including crack nucleation and propagation. These pose significant computational challenges to simulation, specifically the singular crack tip field as well as the moving boundary problem inherent in crack propagation. In order to address these problems, many different approaches in computational mechanics have been developed including the cohesive zone method, the extended finite element method and the phase-field method, although all these methods are still relatively expensive in computational effort. In order to reduce the computational burden, reduced order models based on the proper orthogonal decomposition (POD) approach can be used to exploit the spatial correlation to get a set of modes characterizing the spatial structure of the model. For the multidimensional problem, there is a need for vectorization of the solution for derivation of the POD modes. This leads to difficulty in explanation of the model. Tensor train (TT) or matrix product states is a better representation of the multidimensional solution using the product of three-dimensional tensors. In this work, the TT methodology is proposed for modeling and predicting the dynamics of fracture in composite materials. We consider a rectangular slab with a pre-existing line crack subject to Mode-I loading condition. Uniaxial strains are applied to the top and bottom edges of the slab. The phase-field method (PFM) with finite-difference (FD) is used for generating the high dimensional data for training the TT method. The predictions using the TT method are then compared with the results from the finite difference method with phase-field to verify the correctness of the TT. Our results show that the TT can predict the crack growth trends based on the finite difference method with an accuracy of 95-98% while reducing the computational load by up to 2–5 orders of magnitude.

科研通智能强力驱动
Strongly Powered by AbleSci AI
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
YM完成签到,获得积分10
刚刚
青旭流觞完成签到,获得积分10
1秒前
2秒前
公西傲蕾完成签到,获得积分10
2秒前
Jason完成签到,获得积分10
7秒前
Anatee完成签到,获得积分10
9秒前
13秒前
快乐碱基对完成签到 ,获得积分10
16秒前
yayika完成签到 ,获得积分10
21秒前
Brian完成签到,获得积分10
26秒前
28秒前
chemzhh完成签到,获得积分10
30秒前
xiaobaye完成签到,获得积分10
32秒前
MoodMeed完成签到,获得积分10
32秒前
姜丝罐罐n完成签到 ,获得积分10
33秒前
Connie发布了新的文献求助10
38秒前
maclogos发布了新的文献求助10
41秒前
42秒前
dawn完成签到 ,获得积分10
46秒前
Connie完成签到,获得积分10
50秒前
Joanne完成签到 ,获得积分10
51秒前
eye完成签到,获得积分10
52秒前
PhD_Essence完成签到,获得积分10
53秒前
等待的幼晴完成签到,获得积分10
55秒前
上转换完成签到 ,获得积分10
55秒前
张来完成签到 ,获得积分10
56秒前
乐观的星月完成签到 ,获得积分10
56秒前
木木很累完成签到,获得积分10
59秒前
yaosan完成签到,获得积分10
1分钟前
2316690509完成签到 ,获得积分10
1分钟前
1分钟前
纸条条完成签到 ,获得积分10
1分钟前
信念完成签到,获得积分10
1分钟前
safari完成签到 ,获得积分10
1分钟前
xzh发布了新的文献求助10
1分钟前
清爽的机器猫完成签到 ,获得积分10
1分钟前
夏至完成签到 ,获得积分10
1分钟前
Lifel完成签到,获得积分10
1分钟前
有魅力的白玉完成签到 ,获得积分10
1分钟前
直率雪糕完成签到 ,获得积分10
1分钟前
高分求助中
(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
Introduction to Helicopter and Tiltrotor Flight Simulation, Second Edition 2500
卤化钙钛矿人工突触的研究 2000
Моделирование процессов самоорганизации в кристаллообразующих системах 1000
History of U.S. Space Surveillance and Satellite Cataloging 1000
Malcolm Fraser : a biography 700
Signals, Systems, and Signal Processing 610
热门求助领域 (近24小时)
化学 材料科学 医学 生物 纳米技术 工程类 有机化学 化学工程 生物化学 计算机科学 物理 内科学 复合材料 催化作用 物理化学 光电子学 电极 细胞生物学 基因 无机化学
热门帖子
关注 科研通微信公众号,转发送积分 6508380
求助须知:如何正确求助?哪些是违规求助? 8301380
关于积分的说明 17721681
捐赠科研通 5609117
什么是DOI,文献DOI怎么找? 2921754
邀请新用户注册赠送积分活动 1898962
关于科研通互助平台的介绍 1761563