Surrogate modeling of elasto-plastic problems via long short-term memory neural networks and proper orthogonal decomposition

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作者
Sun-Young Im,Jonggeon Lee,Maenghyo Cho
出处
期刊:Computer Methods in Applied Mechanics and Engineering [Elsevier BV]
卷期号:385: 114030-114030 被引量:52
标识
DOI:10.1016/j.cma.2021.114030
摘要

Because of its nonlinearity and path-dependency, analysis of the elasto-plastic behavior of the finite element (FE) model is computationally expensive. By directly learning sequential data, modeling plasticity via deep learning has shown successful performance in immediately predicting the path-dependent response. However, large-scale elasto-plastic FE models still have challenges in that they require numerous degrees of freedom and are accompanied by high-dimensional data. This study proposes a practical framework for the surrogate modeling of a large-scale elasto-plastic FE model by combining long short-term memory (LSTM) neural networks with proper orthogonal decomposition (POD). First, displacement, plastic strain magnitude, and von Mises stress are generated using commercial FE analysis software, and then, the high-dimensional data are reduced to low-dimensional POD coefficient data before being used for training. With the drastically reduced data, a neural network architecture can be introduced in the form of individual and ensemble structures to achieve accurate and robust prediction. As the proposed POD-LSTM surrogate model operates on the structural level, POD-LSTM surrogate models are constructed and implemented for each of the three large-scale elasto-plastic FE models. In all three examples, the proposed POD-LSTM surrogate models were found to be efficient and accurate for predicting elasto-plastic responses.
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