PINN models have demonstrated impressive capabilities in addressing fluid PDE problems, and their potential in solid mechanics is beginning to emerge. This study identifies two key challenges when using PINN to solve general solid mechanics problems. These challenges become evident when comparing the limitations of PINN with the well-established numerical methods commonly used in solid mechanics, such as the finite element method (FEM). Specifically: a) PINN models generate solutions over an infinite domain, which conflicts with the finite boundaries typical of most solid structures; and b) the solution space utilised by PINN is Euclidean, which is inadequate for addressing the complex geometries often present in solid structures. This work proposes a PINN architecture used for general solid mechanics problems, termed the Finite-PINN model. The proposed model aims to effectively address these two challenges while preserving as much of the original implementation of PINN as possible. The unique architecture of the Finite-PINN model addresses these challenges by separating the approximation of stress and displacement fields, and by transforming the solution space from the traditional Euclidean space to a Euclidean-topological joint space. Several case studies presented in this paper demonstrate that the Finite-PINN model provides satisfactory results for a variety of problem types, including both forward and inverse problems, in both 2D and 3D contexts. The developed Finite-PINN model offers a promising tool for addressing general solid mechanics problems, particularly those not yet well-explored in current research.


翻译:PINN模型在解决流体偏微分方程问题方面已展现出卓越能力,其在固体力学领域的潜力也正逐渐显现。本研究识别出使用PINN求解一般固体力学问题时面临的两个关键挑战。通过将PINN的局限性与其固体力学中常用的成熟数值方法(如有限元法)进行比较,这些挑战尤为明显:a) PINN模型在无限域上生成解,这与大多数固体结构典型的有限边界条件相冲突;b) PINN采用的解空间为欧几里得空间,难以处理固体结构中常见的复杂几何形状。本文提出一种用于一般固体力学问题的PINN架构,称为有限PINN模型。该模型旨在有效解决上述两个挑战,同时尽可能保留PINN的原始实现方式。有限PINN模型通过分离应力场与位移场的近似表达,并将解空间从传统欧几里得空间转换至欧几里得-拓扑联合空间,以独特架构应对这些挑战。本文展示的多个案例研究表明,有限PINN模型在二维与三维场景中,对包括正问题与反问题在内的各类问题均能提供令人满意的结果。所开发的有限PINN模型为处理一般固体力学问题,特别是当前研究中尚未深入探索的问题,提供了具有前景的工具。

1
下载
关闭预览

相关内容

ACM/IEEE第23届模型驱动工程语言和系统国际会议,是模型驱动软件和系统工程的首要会议系列,由ACM-SIGSOFT和IEEE-TCSE支持组织。自1998年以来,模型涵盖了建模的各个方面,从语言和方法到工具和应用程序。模特的参加者来自不同的背景,包括研究人员、学者、工程师和工业专业人士。MODELS 2019是一个论坛,参与者可以围绕建模和模型驱动的软件和系统交流前沿研究成果和创新实践经验。今年的版本将为建模社区提供进一步推进建模基础的机会,并在网络物理系统、嵌入式系统、社会技术系统、云计算、大数据、机器学习、安全、开源等新兴领域提出建模的创新应用以及可持续性。 官网链接:http://www.modelsconference.org/
FlowQA: Grasping Flow in History for Conversational Machine Comprehension
专知会员服务
34+阅读 · 2019年10月18日
Stabilizing Transformers for Reinforcement Learning
专知会员服务
60+阅读 · 2019年10月17日
《DeepGCNs: Making GCNs Go as Deep as CNNs》
专知会员服务
32+阅读 · 2019年10月17日
Keras François Chollet 《Deep Learning with Python 》, 386页pdf
专知会员服务
164+阅读 · 2019年10月12日
Transferring Knowledge across Learning Processes
CreateAMind
29+阅读 · 2019年5月18日
强化学习的Unsupervised Meta-Learning
CreateAMind
18+阅读 · 2019年1月7日
Unsupervised Learning via Meta-Learning
CreateAMind
44+阅读 · 2019年1月3日
meta learning 17年:MAML SNAIL
CreateAMind
11+阅读 · 2019年1月2日
A Technical Overview of AI & ML in 2018 & Trends for 2019
待字闺中
18+阅读 · 2018年12月24日
Single-Shot Object Detection with Enriched Semantics
统计学习与视觉计算组
14+阅读 · 2018年8月29日
STRCF for Visual Object Tracking
统计学习与视觉计算组
15+阅读 · 2018年5月29日
Hierarchical Imitation - Reinforcement Learning
CreateAMind
19+阅读 · 2018年5月25日
Focal Loss for Dense Object Detection
统计学习与视觉计算组
12+阅读 · 2018年3月15日
IJCAI | Cascade Dynamics Modeling with Attention-based RNN
KingsGarden
13+阅读 · 2017年7月16日
国家自然科学基金
2+阅读 · 2017年12月31日
国家自然科学基金
13+阅读 · 2017年12月31日
国家自然科学基金
2+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
2+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
1+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2014年12月31日
VIP会员
相关资讯
Transferring Knowledge across Learning Processes
CreateAMind
29+阅读 · 2019年5月18日
强化学习的Unsupervised Meta-Learning
CreateAMind
18+阅读 · 2019年1月7日
Unsupervised Learning via Meta-Learning
CreateAMind
44+阅读 · 2019年1月3日
meta learning 17年:MAML SNAIL
CreateAMind
11+阅读 · 2019年1月2日
A Technical Overview of AI & ML in 2018 & Trends for 2019
待字闺中
18+阅读 · 2018年12月24日
Single-Shot Object Detection with Enriched Semantics
统计学习与视觉计算组
14+阅读 · 2018年8月29日
STRCF for Visual Object Tracking
统计学习与视觉计算组
15+阅读 · 2018年5月29日
Hierarchical Imitation - Reinforcement Learning
CreateAMind
19+阅读 · 2018年5月25日
Focal Loss for Dense Object Detection
统计学习与视觉计算组
12+阅读 · 2018年3月15日
IJCAI | Cascade Dynamics Modeling with Attention-based RNN
KingsGarden
13+阅读 · 2017年7月16日
相关基金
国家自然科学基金
2+阅读 · 2017年12月31日
国家自然科学基金
13+阅读 · 2017年12月31日
国家自然科学基金
2+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
2+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
1+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2014年12月31日
Top
微信扫码咨询专知VIP会员