Neural-Integrated Meshfree (NIM) Method: A differentiable programming-based hybrid solver for computational mechanics

解算器 离散化 计算机科学 人工神经网络 应用数学 无网格法 数学优化 数学 有限元法 数学分析 人工智能 物理 热力学
作者
Honghui Du,Qi He
出处
期刊:Cornell University - arXiv
标识
DOI:10.48550/arxiv.2311.12915
摘要

We present the neural-integrated meshfree (NIM) method, a differentiable programming-based hybrid meshfree approach within the field of computational mechanics. NIM seamlessly integrates traditional physics-based meshfree discretization techniques with deep learning architectures. It employs a hybrid approximation scheme, NeuroPU, to effectively represent the solution by combining continuous DNN representations with partition of unity (PU) basis functions associated with the underlying spatial discretization. This neural-numerical hybridization not only enhances the solution representation through functional space decomposition but also reduces both the size of DNN model and the need for spatial gradient computations based on automatic differentiation, leading to a significant improvement in training efficiency. Under the NIM framework, we propose two truly meshfree solvers: the strong form-based NIM (S-NIM) and the local variational form-based NIM (V-NIM). In the S-NIM solver, the strong-form governing equation is directly considered in the loss function, while the V-NIM solver employs a local Petrov-Galerkin approach that allows the construction of variational residuals based on arbitrary overlapping subdomains. This ensures both the satisfaction of underlying physics and the preservation of meshfree property. We perform extensive numerical experiments on both stationary and transient benchmark problems to assess the effectiveness of the proposed NIM methods in terms of accuracy, scalability, generalizability, and convergence properties. Moreover, comparative analysis with other physics-informed machine learning methods demonstrates that NIM, especially V-NIM, significantly enhances both accuracy and efficiency in end-to-end predictive capabilities.

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
上官若男应助胡强采纳,获得10
4秒前
和平完成签到 ,获得积分10
5秒前
田様应助科研通管家采纳,获得10
9秒前
深情安青应助科研通管家采纳,获得10
9秒前
111完成签到 ,获得积分10
10秒前
悦果完成签到 ,获得积分10
12秒前
铜豌豆完成签到 ,获得积分10
14秒前
victory_liu完成签到,获得积分10
15秒前
热心市民完成签到 ,获得积分10
22秒前
Wang完成签到,获得积分10
26秒前
朴实乐天完成签到,获得积分10
29秒前
多托郭完成签到 ,获得积分10
30秒前
进击的研狗完成签到 ,获得积分10
31秒前
我是老大应助圣泽同学采纳,获得10
35秒前
minuxSCI完成签到,获得积分10
45秒前
萧水白发布了新的文献求助100
49秒前
轩辕一笑完成签到,获得积分10
56秒前
嗯嗯嗯哦哦哦完成签到 ,获得积分10
57秒前
vikey完成签到 ,获得积分10
57秒前
科研通AI2S应助wwz采纳,获得10
1分钟前
只有辣椒没有油完成签到 ,获得积分10
1分钟前
David完成签到 ,获得积分10
1分钟前
欢喜的跳跳糖完成签到 ,获得积分10
1分钟前
1分钟前
叶子完成签到 ,获得积分10
1分钟前
nt1119完成签到 ,获得积分10
1分钟前
理想完成签到,获得积分20
1分钟前
笨笨青筠完成签到 ,获得积分10
1分钟前
111111完成签到,获得积分10
1分钟前
wbhou完成签到 ,获得积分10
1分钟前
貔貅完成签到,获得积分10
1分钟前
科研小南瓜完成签到 ,获得积分10
1分钟前
spp完成签到 ,获得积分0
1分钟前
空白完成签到 ,获得积分10
1分钟前
666星爷完成签到,获得积分10
1分钟前
黑大侠完成签到 ,获得积分10
1分钟前
子陵完成签到 ,获得积分10
1分钟前
1分钟前
weiwei完成签到 ,获得积分10
1分钟前
dominic12361完成签到 ,获得积分10
1分钟前
高分求助中
Production Logging: Theoretical and Interpretive Elements 2500
Востребованный временем 2500
Aspects of Babylonian celestial divination : the lunar eclipse tablets of enuma anu enlil 1500
Agaricales of New Zealand 1: Pluteaceae - Entolomataceae 1040
Healthcare Finance: Modern Financial Analysis for Accelerating Biomedical Innovation 1000
Classics in Total Synthesis IV: New Targets, Strategies, Methods 1000
体心立方金属铌、钽及其硼化物中滑移与孪生机制的研究 800
热门求助领域 (近24小时)
化学 医学 材料科学 生物 工程类 有机化学 生物化学 纳米技术 内科学 物理 化学工程 计算机科学 复合材料 基因 遗传学 物理化学 催化作用 细胞生物学 免疫学 电极
热门帖子
关注 科研通微信公众号,转发送积分 3450467
求助须知:如何正确求助?哪些是违规求助? 3045969
关于积分的说明 9003856
捐赠科研通 2734632
什么是DOI,文献DOI怎么找? 1500107
科研通“疑难数据库(出版商)”最低求助积分说明 693350
邀请新用户注册赠送积分活动 691477