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Generalized invariants meet constitutive neural networks: A novel framework for hyperelastic materials

Created by
  • Haebom

저자

Denisa Martonova, Alain Goriely, Ellen Kuhl

개요

본 논문은 등방성 비압축성 초탄성체 재료에 대한 적절한 불변량과 구성 모델을 동시에 발견하는 새로운 데이터 기반 프레임워크를 제시합니다. 일반화된 불변량 클래스에서 가장 적합한 불변량과 해당 변형 에너지 함수를 실험 관찰 결과로부터 직접 식별하는 접근 방식을 사용합니다. 고정된 불변량 선택이나 순차적 피팅 절차에 의존하는 기존 방법과 달리, 본 방법은 단일 신경망 아키텍처에 발견 과정을 통합합니다. 연속적인 불변량 집합을 고려하여 다양한 재료 거동에 유연하게 적응할 수 있습니다. 고무와 뇌 조직에 대한 기존의 벤치마크 데이터 세트를 사용하여 이 방법의 효과를 보여줍니다. 고무의 경우, 기존 모델과 일치하는 신장 지배적인 공식을 복구하고, 뇌 조직의 경우 작은 신장에 민감한 공식을 식별하여 부드러운 생물학적 물질의 비선형 전단 응답 특성을 포착합니다. 기존 모델과 신경망 기반 모델과 비교하여 넓은 범위의 변형 상태에서 예측 정확도와 해석 가능성을 향상시킵니다. 이 통합 전략은 초탄성체에서 자동화되고 물리적으로 의미 있는 모델 발견을 위한 강력한 도구를 제공합니다.

시사점, 한계점

시사점:
초탄성체 모델링을 위한 새로운 데이터 기반 프레임워크 제시: 불변량 선택과 구성 모델 결정을 동시에 수행.
신경망 기반 통합 접근 방식으로 기존 방법의 한계(고정된 불변량 선택, 순차적 피팅) 극복.
다양한 재료(고무, 뇌 조직)에 대한 향상된 예측 정확도와 해석 가능성 제공.
자동화된 물리적으로 의미있는 모델 발견 가능.
한계점:
제시된 프레임워크의 일반성 및 적용 가능한 재료의 범위에 대한 추가적인 연구 필요.
실험 데이터의 품질에 대한 의존성.
신경망 모델의 복잡성 및 해석 가능성에 대한 추가적인 고찰 필요.
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