Deep learning and the collocation method are merged and used to solve partial differential equations describing structures' deformation. We have considered different types of materials: linear elasticity, hyperelasticity (neo-Hookean) with large deformation, and von Mises plasticity with isotropic and kinematic hardening. The performance of this deep collocation method (DCM) depends on the architecture of the neural network and the corresponding hyperparameters. The presented DCM is meshfree and avoids any spatial discretization, which is usually needed for the finite element method (FEM). We show that the DCM can capture the response qualitatively and quantitatively, without the need for any data generation using other numerical methods such as the FEM. Data generation usually is the main bottleneck in most data-driven models. The deep learning model is trained to learn the model's parameters yielding accurate approximate solutions. Once the model is properly trained, solutions can be obtained almost instantly at any point in the domain, given its spatial coordinates. Therefore, the deep collocation method is potentially a promising standalone technique to solve partial differential equations involved in the deformation of materials and structural systems as well as other physical phenomena.


翻译:我们考虑了不同类型的材料:线性弹性、超弹性(Neo-Hookean)和大变形(Neo-Hookean),和 von Mises 塑料性,与异向和运动硬化。这种深层合用法的性能取决于神经网络的架构和相应的超参数。介绍的DCM(DCM)是无网状的,避免了任何空间离散,这是有限元素方法(FEM)通常需要的。我们表明,DCM可以从质量和数量上捕捉反应,而不需要使用FEM等其他数字方法生成任何数据。数据生成通常是大多数数据驱动模型中的主要瓶颈。深层学习模型经过培训,学习模型参数,得出准确的近似解决办法。模型一旦经过适当培训,就几乎可以在任何地点即时获得解决方案,因为有空间坐标。因此,深层相联用方法有可能成为解决部分差异方程式,作为其他系统的结构以及结构中的部分差异方程式。

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