A physics-constrained Gaussian Process regression framework is developed for predicting shocked material states and their associated uncertainties along the Hugoniot curve using data from a small number of shockwave simulations. The proposed Gaussian process is constrained by the Rankine-Hugoniot jump conditions between the various shocked material states to construct a thermodynamically consistent covariance function. This leads to the formulation of an optimization problem over a small number of interpretable hyperparameters and enables the identification of regime transitions, from a leading elastic wave to trailing plastic and phase transformation waves. Shock Hugoniots are an important measure for understanding material behavior under extreme conditions, including for the development of equations of state and determining material properties such as the Hugoniot Elastic Limit, but they are costly to generate through large-scale molecular dynamics simulations or shock experiments. Under these constraints, the proposed methodology establishes Hugoniot curves from a limited number of molecular dynamics simulations. We consider silicon carbide as a representative material and Molecular Dynamics simulations are performed using a reverse ballistic approach. The framework reproduces the Hugoniot curve with satisfactory accuracy while also quantifying the uncertainty in the predictions using the Gaussian Process posterior. These uncertain Hugoniot predictions can then be used to calibrate equation of state models, estimate material properties, or inform future experimental and/or simulation campaigns.


翻译:针对仅使用少量冲击波模拟数据预测雨贡纽线上受冲击材料状态及其相关不确定性的问题,本文提出了一种基于物理约束的高斯过程回归框架。该高斯过程受不同受冲击材料状态间的Rankine-Hugoniot跳跃条件约束,构建了热力学一致的协方差函数。由此可建立关于少量可解释超参数的优化问题,并识别从领先弹性波到尾随塑性波及相变波的区域转变。冲击雨贡纽线是理解材料在极端条件下行为的重要度量,包括用于开发状态方程及确定雨贡纽弹性极限等材料属性,但通过大规模分子动力学模拟或冲击实验生成代价高昂。在此约束下,本方法仅需有限数量的分子动力学模拟即可建立雨贡纽曲线。以碳化硅为代表材料,采用反向弹道方法执行分子动力学模拟。该框架能以令人满意的精度复现雨贡纽曲线,同时利用高斯过程后验量化预测不确定性。这些含不确定性的雨贡纽预测可用于标定状态方程模型、估计材料属性,或为未来的实验/模拟方案提供依据。

0
下载
关闭预览

相关内容

Processing 是一门开源编程语言和与之配套的集成开发环境(IDE)的名称。Processing 在电子艺术和视觉设计社区被用来教授编程基础,并运用于大量的新媒体和互动艺术作品中。
物理知识辅助的机器学习预测:综述
专知会员服务
30+阅读 · 2024年8月25日
最新《高斯过程回归简明教程》,19页pdf
专知会员服务
73+阅读 · 2020年9月30日
一文读懂线性回归、岭回归和Lasso回归
CSDN
34+阅读 · 2019年10月13日
解读 | 得见的高斯过程
机器学习算法与Python学习
14+阅读 · 2019年2月13日
手把手教你用Python库Keras做预测(附代码)
数据派THU
14+阅读 · 2018年5月30日
回归预测&时间序列预测
GBASE数据工程部数据团队
44+阅读 · 2017年5月17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 · 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
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
国家自然科学基金
0+阅读 · 2014年12月31日
VIP会员
最新内容
学习数据的几何:形状空间分析数学综述
专知会员服务
4+阅读 · 6月17日
定向能反无人机系统最新发展动态
专知会员服务
6+阅读 · 6月17日
从燃煤战舰到算法战争:水面指挥的永恒要求
专知会员服务
3+阅读 · 6月17日
相关VIP内容
物理知识辅助的机器学习预测:综述
专知会员服务
30+阅读 · 2024年8月25日
最新《高斯过程回归简明教程》,19页pdf
专知会员服务
73+阅读 · 2020年9月30日
相关基金
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 · 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
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
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