Direct data-driven computational mechanics for anelastic material behaviours

用于迟弹性材料行为的直接数据驱动计算力学

基本信息

项目摘要

Due to the volatile development of storage capacities as well as suitable soft- and hardware, the amount of available data has increased by many orders of magnitude over the last decades. This influences almost all parts of practical life but also science and technology. In particular, the area of engineering and many fields of applied sciences have a significant role in it, since they require to provide, in addition to fundamental conservation principles, relations between fields of interest, for example stress and strain. Traditionally, these relations are derived from constitutive models, relying on a number of assumptions, and prone to significant epistemic uncertainty. Additionally, these models involve parameters, which might be difficult to be identified, especially with relatively simple experiments such as uniaxial tests. The objective of this project is thus to develop methods allowing to perform numerical simulations of the behavior of structures directly from available data (either experimental or coming from fine scale computations), eliminating the necessity to formulate phenomenological constitutive models and the uncertainty associated with them. The methodology has already been demonstrated for elastic materials. The project is based on the research hypothesis that the framework can be extended to inelastic material behaviors, such as elasto-plasticity or visco-elasticity, overcoming the challenge of the resulting increased dimen-sionality of phase space.A general view of a data-driven approach to inelasticity has already been given by the proposers in a recent paper. The objectives of this project are to implement and assess the methodology in a framework able to handle cases oriented towards industrial applications: use of actual experimental and eventually incomplete data, complex 3D geometries and loading, efficiency and robustness of solvers, uncertainty quantification. An additional objective is to provide an online platform allowing to share the methodology and the associated data with the scientific community.
由于存储容量以及合适的软件和硬件的不断发展,可用数据量在过去几十年中增加了多个数量级。这几乎影响了实际生活的所有方面,也影响了科学和技术。特别是,工程领域和许多应用科学领域在其中发挥着重要作用,因为除了基本守恒原理之外,它们还需要提供感兴趣领域之间的关系,例如应力和应变。传统上,这些关系源自本构模型,依赖于许多假设,并且容易出现显着的认知不确定性。此外,这些模型涉及可能难以识别的参数,特别是对于单轴测试等相对简单的实验。因此,该项目的目标是开发能够直接根据可用数据(实验数据或来自精细尺度计算)对结构行为进行数值模拟的方法,从而消除制定唯象本构模型以及与之相关的不确定性的必要性。该方法已针对弹性材料进行了论证。该项目基于这样的研究假设,即该框架可以扩展到非弹性材料行为,例如弹塑性或粘弹性,克服由此导致的相空间维数增加的挑战。数据的一般视图-提议者在最近的一篇论文中已经给出了解决非弹性问题的驱动方法。该项目的目标是在能够处理面向工业应用的案例的框架中实施和评估该方法:使用实际实验和最终不完整的数据、复杂的 3D 几何形状和载荷、求解器的效率和鲁棒性、不确定性量化。另一个目标是提供一个在线平台,允许与科学界共享方法和相关数据。

项目成果

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Professorin Dr.-Ing. Stefanie Reese其他文献

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