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非弹性本构人工神经网络的一般化对偶势:有限应变下的 JAX 实现

机器学习 2025-09-19 v1 材料科学 人工智能 计算工程、金融与科学

摘要

我们提出了一种为非弹性本构人工神经网络(iCANNs)设计广义对偶势或伪势的方法论。该势以应力不变量表示,在大变形下本质上满足热力学一致性。与我们之前的工作相比,新的势能捕捉了更广泛的材料行为,包括压力敏感的非弹性。为此,我们重新审视了有限应变非弹性iCANNs的底层热力学框架,并推导了构建凸、零值且非负的对偶势的条件。为了将这些原理嵌入神经网络中,我们详细介绍了架构的设计,确保先验满足热力学。为了评估所提出的架构,我们研究了其在发现粘弹性材料行为方面的性能和局限性,尽管该方法不限于粘弹性。在此背景下,我们研究了发现非弹性材料策略的不同方面。我们的结果表明,新架构能够稳健地发现可解释的模型和参数,同时自主揭示非弹性程度。iCANN框架使用JAX实现,可在 https://doi.org/10.5281/zenodo.14894687 公开获取。

关键词

引用

@article{arxiv.2502.17490,
  title  = {A generalized dual potential for inelastic Constitutive Artificial Neural Networks: A JAX implementation at finite strains},
  author = {Hagen Holthusen and Kevin Linka and Ellen Kuhl and Tim Brepols},
  journal= {arXiv preprint arXiv:2502.17490},
  year   = {2025}
}

备注

56 pages, 19 figures, 3 tables