چكيده فارسي :
در اين پژوهش يك روش محاسباتي با استفاده از شبكههاي عصبي مصنوعي براي پيشبيني آسيب نرم برمبناي مدل آسيب لمتر اصلاح شده ارائه شده است. پيش بيني آسيب معمولا با استفاده از روش اجزا محدود صورت ميگيرد و شامل بخشهاي مختلفي از جمله مدلسازي هندسه قطعه، بارگذاريهاي مختلف در شرايط كاري مختلف، انتخاب مدل آسيب مناسب، ايجاد يك مدل اجزاي محدود، سپس پيادهسازي و استخراج نتايج است. اين فرآيند در صورتي كه يكي از شرايط كاري قطعه كار تغيير كند بايد مراحل فوق تكرار گردد و نياز است به طور مداوم پارامتر آسيب رصد گردد كه ميتواند فرآيندي زمانگير و پرهزينه باشد. امروزه با رشد توان محاسباتي سيستمهاي رايانهاي و سرعت بالاي روشهاي داده محور، تمايل به سازوكارهاي داده محور در پيشبيني آسيب رو به ازدياد است. در اين پژوهش سعي شد به كمك روش داده محور شبكههاي عصبي مصنوعي، رويكرد متفاوتي نسبت به روش اجزا محدود در پيشبيني تانسور تنش و آسيب ارائه شود. مدلهاي آسيب پيوسته در سالهاي اخير بسيار مورد توجه قرار گرفتهاند و پژوهشهاي زيادي در اين زمينه انجام شده است. دراين تحقيق، از مدل بهبود يافته آسيب لمتر با پارامتر لود براي محاسبه آسيب سود برده شده است. استفاده از روشهاي داده محور در پديدههاي پيچيده مستلزم دسترسي به تعداد قابل توجه داده به منظور آموزش صحيح شبكه و عملكرد مطلوب آن است. محاسبه تانسور تنش و آسيب در ماده به تاريچخه بارگذاري ماده وابسته است و تابع مقادير كرنش كل و كرنش پلاستيك است از اين رو براي كاهش تعداد شبيهسازي و استخراج دادههاي بيشتر، در هر تحليل، علاوه بر استفاده از يك نقطه از قطعه كار براي استخراج دادههاي تانسور تنش و آسيب، از نقاط گوناگون قطعه استفاده شد. مدل آسيب لمتر همراه با پارامتر لود در يك زيربرنامه مادي در نرم افزار آباكوس پيادهسازي شد. در ادامه برنامهديگري جهت اتوماتيك كردن تحليلها در آباكوس تدوين گرديد. براي 400 نمونه داده بارگذاري تحليلها انجام و مقادير كرنش كل، كرنش پلاستيك، تانسور تنش و آسيب استخراج شد. در ادامه ساختار شبكه يعني؛ تعداد لايهها، تعداد نورونها و مدل مناسب مساله معرفي گرديد. از شبكههاي عصبي يادگيري عميق بازگشتي (واحد بازگشتي گيتي) براي يادگيري معادلات ساختاري و رفتار ماده استفاده شده كه در آن تانسور كرنش كل و كرنش پلاستيك، وروديهاي شبكه عصبي و مقادير تانسور تنش و پارامتر آسيب، خروجي شبكه عصبي هستند. واحدهاي بازگشتي گيتي حافظهدار هستند و بخشي از تاريچخه پارامترهاي ورودي شبكه را به خاطر ميسپارند. پارامترهاي الگوريتم يادگيري شبكه عصبي براي دستيابي به عملكرد بهتر، با سعي و خطا تعيين شدهاند. براي بررسي توانمندي شبكه و دقت آن، قسمتي از دادهها كه براي آموزش شبكه استفاده نشده بود، براي ارزيابي و محك شبكه استفاده شد. نمودارهاي خطا حاصل از نتايج مدل شبكه عصبي مصنوعي و نتايج مدل اجزا محدود، عملكرد مناسب و پيشبيني واقعبينانه شبكه عصبي مصنوعي را نشان داد.
چكيده انگليسي :
In this research, a computational method using artificial neural networks for predicting ductile damage based on the enhanced Lemaitre damage model is presented. Damage prediction is usually performed using the finite element method and includes various parts such as modeling the component geometry, different loads under different working conditions, selecting the appropriate damage model, creating a finite element model, and then implementing and extracting the results. This process must be repeated if any of the working conditions of the workpiece change, and it is necessary to continuously monitor the damage parameter, which can be a time-consuming and costly process. Today, with the increasing computational power of computer systems and the high speed of data-driven methods, there is a growing desire for data-driven mechanisms for damage prediction. In this research, using the data-driven artificial neural networks method, a different approach from the finite element method for predicting the stress tensor and damage was presented. Continuous damage models have received much attention in recent years, and much research has been conducted in this area. In this research, the improved Lemaitre damage model with Lode parameters was used to calculate the damage. The use of data-driven methods in complex phenomena requires access to a significant amount of data to properly train the network and achieve its optimal performance. The calculation of the stress tensor and damage in the material depends on the loading history of the material and is a function of the total strain and plastic strain values. Therefore, in order to reduce the number of simulations and extract more data, in each analysis, in addition to one point of the workpiece, the stress tensor data and the damage was used from different parts of the workpiece. The Lemaitre damage model, along with the Lode parameter, was implemented in a user-material subroutine (UMAT) in the Abaqus software. Subsequently, another subroutine was developed to automate the analysis in the Abaqus software. The analysis was performed for 400 samples of loading data, and the values of total strain, plastic strain, stress tensor, and damage amount were extracted. Next, the network structure, i.e., the number of layers, the number of neurons, and the corresponding model of the problem were introduced. Recurrent neural networks (gated recurrent units) have memory and can remember parts of the network's input parameter history. The parameters of neural network learning algorithm are determined through trial and error to achieve better performance.
To assess the capability and accuracy of the neural network, a portion of the data that was not used for training the network was used to evaluate and benchmark the network. The error graphs obtained from the results of the artificial neural networks model and the results of the finite element model demonstrated the accurate performance and realistic prediction of the artificial neural networks.