Physics-Informed Neural Networks (PINNs) have gained considerable interest in diverse engineering domains thanks to their capacity to integrate physical laws into deep learning models. Recently, geometry-aware PINN-based approaches that employ the strong form of underlying physical system equations have been developed with the aim of integrating geometric information into PINNs. Despite ongoing research, the assessment of PINNs in problems with various geometries remains an active area of investigation. In this work, we introduce a novel physics-informed framework named the Geometry-Aware Deep Energy Method (GADEM) for solving structural mechanics problems on different geometries. As the weak form of the physical system equation (or the energy-based approach) has demonstrated clear advantages compared to the strong form for solving solid mechanics problems, GADEM employs the weak form and aims to infer the solution on multiple shapes of geometries. Integrating a geometry-aware framework into an energy-based method results in an effective physics-informed deep learning model in terms of accuracy and computational cost. Different ways to represent the geometric information and to encode the geometric latent vectors are investigated in this work. We introduce a loss function of GADEM which is minimized based on the potential energy of all considered geometries. An adaptive learning method is also employed for the sampling of collocation points to enhance the performance of GADEM. We present some applications of GADEM to solve solid mechanics problems, including a loading simulation of a toy tire involving contact mechanics and large deformation hyperelasticity. The numerical results of this work demonstrate the remarkable capability of GADEM to infer the solution on various and new shapes of geometries using only one trained model.


翻译:物理信息神经网络(PINNs)因其将物理定律融入深度学习模型的能力,已在多个工程领域引起广泛关注。近期,基于PINN的几何感知方法通过采用物理系统方程的强形式,旨在将几何信息融入PINNs。尽管已有研究不断推进,但针对不同几何形状问题的PINNs评估仍是活跃研究方向。本文提出一种名为几何感知深度能量方法(GADEM)的新型物理信息框架,用于求解不同几何形状的结构力学问题。鉴于物理系统方程的弱形式(或基于能量的方法)在固体力学问题求解中相比强形式具有显著优势,GADEM采用弱形式,旨在推断多种几何形状上的解。将几何感知框架融入基于能量的方法,可在精度和计算成本方面形成有效的物理信息深度学习模型。本文研究了几何信息的不同表示方式及几何潜在向量的编码方法,提出了基于所有考虑几何势能最小化的GADEM损失函数,并采用自适应学习方法进行配点采样以提升GADEM性能。通过固体力学问题的应用实例(包括涉及接触力学与大变形超弹性的玩具轮胎加载模拟),数值结果表明GADEM仅需单个训练模型即可在不同几何形状与新形状上实现优异的解推断能力。

0
下载
关闭预览

相关内容

Integration:Integration, the VLSI Journal。 Explanation:集成,VLSI杂志。 Publisher:Elsevier。 SIT:http://dblp.uni-trier.de/db/journals/integration/
Linux导论,Introduction to Linux,96页ppt
专知会员服务
82+阅读 · 2020年7月26日
FlowQA: Grasping Flow in History for Conversational Machine Comprehension
专知会员服务
34+阅读 · 2019年10月18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
机器学习相关资源(框架、库、软件)大列表
专知会员服务
40+阅读 · 2019年10月9日
【SIGGRAPH2019】TensorFlow 2.0深度学习计算机图形学应用
专知会员服务
41+阅读 · 2019年10月9日
灾难性遗忘问题新视角:迁移-干扰平衡
CreateAMind
17+阅读 · 2019年7月6日
强化学习的Unsupervised Meta-Learning
CreateAMind
18+阅读 · 2019年1月7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
disentangled-representation-papers
CreateAMind
26+阅读 · 2018年9月12日
论文浅尝 | 利用 RNN 和 CNN 构建基于 FreeBase 的问答系统
开放知识图谱
11+阅读 · 2018年4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
可解释的CNN
CreateAMind
18+阅读 · 2017年10月5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 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
3+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
1+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
4+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
47+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
3+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
6+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
3+阅读 · 2014年12月31日
Arxiv
18+阅读 · 2021年3月16日
A survey on deep hashing for image retrieval
Arxiv
15+阅读 · 2020年6月10日
Optimization for deep learning: theory and algorithms
Arxiv
106+阅读 · 2019年12月19日
VIP会员
最新内容
“Maven计划”的发展演变之“Maven智能系统”应用
《无人机革命:来自俄乌战场的启示》(报告)
专知会员服务
4+阅读 · 今天6:48
《实现联合作战能力所需的技术》58页报告
专知会员服务
2+阅读 · 今天6:30
以色列运用人工智能优化空袭警报系统
专知会员服务
2+阅读 · 今天6:20
以色列在多条战线部署AI智能体
专知会员服务
3+阅读 · 今天6:12
2025年大语言模型进展报告
专知会员服务
15+阅读 · 4月25日
多智能体协作机制
专知会员服务
13+阅读 · 4月25日
非对称优势:美海军开发低成本反无人机技术
专知会员服务
9+阅读 · 4月25日
相关资讯
灾难性遗忘问题新视角:迁移-干扰平衡
CreateAMind
17+阅读 · 2019年7月6日
强化学习的Unsupervised Meta-Learning
CreateAMind
18+阅读 · 2019年1月7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
disentangled-representation-papers
CreateAMind
26+阅读 · 2018年9月12日
论文浅尝 | 利用 RNN 和 CNN 构建基于 FreeBase 的问答系统
开放知识图谱
11+阅读 · 2018年4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
可解释的CNN
CreateAMind
18+阅读 · 2017年10月5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 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
3+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
1+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
4+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
47+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
3+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
6+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
3+阅读 · 2014年12月31日
Top
微信扫码咨询专知VIP会员