Thermodynamically consistent neural network plasticity modeling and discovery of evolution laws

物理定律 人工神经网络 计算机科学 范围(计算机科学) 人工智能 过程(计算) 热力学定律 物理 量子力学 非平衡态热力学 程序设计语言 操作系统
作者
Knut Andreas Meyer,Fredrik Ekre
出处
期刊:Journal of The Mechanics and Physics of Solids [Elsevier BV]
卷期号:: 105416-105416
标识
DOI:10.1016/j.jmps.2023.105416
摘要

Over the past decade, advancements in computational frameworks and processing power have made deep neural networks increasingly viable for material modeling. However, purely data-driven models can yield non-physical predictions due to the lack of physical constraints. While recent works that incorporate physics into the training process partially address this issue, they offer no guarantees beyond the scope of the training data. To tackle this challenge, we propose a novel approach that embeds the neural network within the material model, inherently fulfilling thermodynamic laws. The network represents only the unknown physics allowing us to integrate knowledge accumulated from decades of constitutive modeling research into the data-driven methodology. By analyzing the trained, embedded networks, we recover existing evolution laws from artificial training data and discover new evolution laws from experimental data. The discovered evolution laws for isotropic and kinematic hardening can qualitatively predict an experimentally observed yield strength evolution, which conventional evolution laws cannot describe.
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