Prediction of microstructural-dependent mechanical properties, progressive damage, and stress distribution from X-ray computed tomography scans using a deep learning workflow

卷积神经网络 深度学习 工作流程 人工智能 计算机科学 压力(语言学) 材料科学 领域(数学) 有限元法 机器学习 结构工程 工程类 数学 语言学 哲学 数据库 纯数学
作者
Mohammad Rezasefat,Haoyang Li,James D. Hogan
出处
期刊:Computer Methods in Applied Mechanics and Engineering [Elsevier]
卷期号:424: 116878-116878 被引量:12
标识
DOI:10.1016/j.cma.2024.116878
摘要

Creating computationally efficient models that link processing methods, material structures, and properties is essential for the development of new materials. Translating microstructural details to macro-level mechanical properties often proves to be an arduous challenge. This paper introduces a novel deep learning-based framework to predict 3D material stress fields, mechanical behavior, and progressive damage in ceramic materials informed by the microstructural features of the material. We construct a dataset of synthetic representative volume elements utilizing X-ray computed tomography scans and employ an automated finite element (FE) modeling approach to generate datasets of alumina ceramics with varying inclusion morphologies. The deep learning model, a U-Net based convolutional neural network (CNN), is trained to understand the structure-property linkages and mechanical responses directly from FE-generated data without transforming them into image format. The CNN's architecture is optimized for capturing both local and global contextual information from the microstructural data, enabling accurate prediction of stress fields and damage evolution. Inclusions within the material are shown to play a crucial role in the initiation and propagation of damage. The CNN model demonstrated robust performance in predicting the stress field, stress-strain curve, and progressive damage curve, with training and test data both showing high and consistent similarity between predictions and the ground truth. Overall, this research offers a generalized approach that can be adapted for different materials and structures toward creating efficient and accurate digital replicas for optimizing material performance in real-world applications.
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
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
顺心致远完成签到,获得积分10
刚刚
刚刚
大龙哥886应助十一采纳,获得10
刚刚
1秒前
1秒前
孙方宇完成签到,获得积分10
2秒前
2秒前
3秒前
欣喜哈密瓜完成签到 ,获得积分10
3秒前
BaoCure完成签到,获得积分10
3秒前
3秒前
ANCY完成签到,获得积分10
5秒前
Orange应助ning采纳,获得10
5秒前
5秒前
飞飞发布了新的文献求助10
5秒前
6秒前
Battery-Li完成签到,获得积分10
6秒前
IN完成签到,获得积分10
6秒前
Hao发布了新的文献求助10
6秒前
科目三应助zhhyi1976采纳,获得10
6秒前
HOAN应助常泽洋122采纳,获得20
7秒前
7秒前
7秒前
Zinia应助www采纳,获得10
7秒前
wsuser发布了新的文献求助10
8秒前
zzkkl发布了新的文献求助10
8秒前
lkx完成签到 ,获得积分10
8秒前
IN发布了新的文献求助30
9秒前
科研通AI2S应助难过的蜜粉采纳,获得10
10秒前
平凡之路发布了新的文献求助10
10秒前
10秒前
诺奇完成签到,获得积分10
10秒前
Hello应助Sew东坡采纳,获得10
10秒前
波西米亚完成签到,获得积分10
10秒前
赘婿应助ANCY采纳,获得30
10秒前
是但求其爱完成签到,获得积分10
11秒前
猫咪完成签到,获得积分10
11秒前
00928完成签到,获得积分10
12秒前
谦谦完成签到,获得积分10
12秒前
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
Binary Alloy Phase Diagrams, 2nd Edition 8000
Comprehensive Methanol Science Production, Applications, and Emerging Technologies 2000
Building Quantum Computers 800
Translanguaging in Action in English-Medium Classrooms: A Resource Book for Teachers 700
二氧化碳加氢催化剂——结构设计与反应机制研究 660
碳中和关键技术丛书--二氧化碳加氢 600
热门求助领域 (近24小时)
化学 材料科学 生物 医学 工程类 计算机科学 有机化学 物理 生物化学 纳米技术 复合材料 内科学 化学工程 人工智能 催化作用 遗传学 数学 基因 量子力学 物理化学
热门帖子
关注 科研通微信公众号,转发送积分 5660897
求助须知:如何正确求助?哪些是违规求助? 4836059
关于积分的说明 15092345
捐赠科研通 4819501
什么是DOI,文献DOI怎么找? 2579320
邀请新用户注册赠送积分活动 1533794
关于科研通互助平台的介绍 1492586