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

Created by
  • Haebom

作者

Denisa Martonov a, Alain Goriely, Ellen Kuhl

概要

本論文は、等方性非圧縮性超弾性材料の適切な不変量と構成モデルを同時に発見する新しいデータ駆動型フレームワークを提示します。一般化された不変量クラスで最も適切な不変量とその変形エネルギー関数を実験観察から直接識別するアプローチを使用します。固定された不変量選択または逐次フィッティング手順に依存する従来の方法とは異なり、この方法は単一のニューラルネットワークアーキテクチャに発見プロセスを組み込む。連続した不変量セットを考慮して、さまざまな材料挙動に柔軟に適応できます。ゴムと脳組織の既存のベンチマーク データセットを使用してこの方法の効果を示します。ゴムの場合、既存のモデルと一致する腎臓の支配的な式を回復し、脳組織の場合は、小さな腎臓に敏感な式を識別して、滑らかな生物学的物質の非線形せん断応答特性をキャプチャします。従来モデルとニューラルネットワークベースモデルと比較して,広範囲の変形状態で予測精度と解析可能性を改善した。この統合戦略は、超弾性体で自動化され、物理的に意味のあるモデルを発見するための強力なツールを提供します。

Takeaways、Limitations

Takeaways:
超弾性体モデリングのための新しいデータ駆動型フレームワークの提示:不変量選択と構成モデル決定を同時に実行する。
ニューラルネットワークベースの統合アプローチによる既存の方法の限界(固定不変量選択、逐次フィッティング)の克服。
さまざまな材料(ゴム、脳組織)の改善された予測精度と解釈可能性を提供します。
自動化された物理的に意味のあるモデルが見つかりました。
Limitations:
提示されたフレームワークの一般性と適用可能な材料の範囲に関する追加の研究が必要です。
実験データの品質への依存性
ニューラルネットワークモデルの複雑さと解釈の可能性についてのさらなる考察の必要性
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