Deep neural network method for predicting the mechanical properties of composites

材料科学 复合材料 微观结构 卷积神经网络 有限元法 模数 人工神经网络 弹性模量 泊松比 计算机科学 泊松分布 算法 人工智能 结构工程 数学 工程类 统计
作者
Ye Sang,Bo Li,Qunyang Li,Hongping Zhao,Xi‐Qiao Feng
出处
期刊:Applied Physics Letters [American Institute of Physics]
卷期号:115 (16) 被引量:118
标识
DOI:10.1063/1.5124529
摘要

Determining the macroscopic mechanical properties of composites with complex microstructures is a key issue in many of their applications. In this Letter, a machine learning-based approach is proposed to predict the effective elastic properties of composites with arbitrary shapes and distributions of inclusions. Using several data sets generated from the finite element method, a convolutional neural network method is developed to predict the effective Young's modulus and Poisson's ratio of composites directly from a window of their microstructural image. Through numerical experiments, we demonstrate that the trained network can efficiently provide an accurate mapping between the effective mechanical property and the microstructures of composites with complex structures. This study paves a way for characterizing heterogeneous materials in big data-driven material design.

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