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郑章成；邱一松；叶洪飞；张洪武；郑永刚

软材料生长诱导变形问题的数据驱动计算方法。 （英语） Zbl 07792907号

机械学报。 235，编号1，441-466（2024）.
摘要：本文提出了一种用于软材料生长诱导变形问题的数据驱动求解器（DDS）。与传统数值方法对材料本构模型的过度依赖相反，DDS只需要一个应力-应变对的离散材料数据集来描述应力-应变关系。通过梯度张量的乘法分解，引入了生长效应。然后将增长引起的变形问题作为预应变问题进行求解。为了克服在没有显式本构模型的情况下确定生长诱导预应力的困难，提出了一种应变驱动搜索方案。几个数值例子表明了该DDS的鲁棒性及其良好的性能。特别地，根据数值算例结果，说明了选择应变驱动搜索方案的原因。

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74Sxx型 固体力学中的数值方法和其他方法
74亿 弹性材料
65新元 偏微分方程边值问题的数值方法
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\textit{Z.Zheng}等人，《机械学报》。235，编号1，441--466（2024；Zbl 07792907）
全文： 内政部

参考文献：

[1] 赵，R。；Kim，Y。；南非切斯特；Sharma，P。；赵欣，《硬磁软材料力学》，J.Mech。物理学。固体，124244-263（2019）
[2] Jacques，SL，《生物组织的光学特性：综述》，Phys。医学生物学。，58，R37（2013）
[3] 陈，DTN；温，Q。；宾夕法尼亚州Janmey；克罗克，JC；Yodh，AG，《软材料流变学》，年。修订版Condens。物质物理学。，1, 301-322 (2010)
[4] 李凯。；He，LH，空间调制电场诱导的预拉伸软弹性薄膜的变形和屈曲，国际固体结构杂志。，472784-2789（2010年）·Zbl 1196.74054号
[5] Miriyev，A。；堆栈，K。；Lipson，H.，《软致动器用软材料》，美国国家通讯社。，8, 596 (2017)
[6] 邱，Y.，Zhang，S.，Zhanng，W.，Ye，H.，Zheng，H.：涉及大变形的水凝胶结构的基于移动可变形孔隙和组件的拓扑优化耦合。J.应用。机械。89, (2021)
[7] Arazoe，H。；Miyajima博士。；Akaike，K。；Araoka，F。；佐藤，E。；Hikima，T。；川本，M。；Aida，T.，一种由环境湿度波动驱动的自动执行器，Nat.Mater。，15, 1084-1089 (2016)
[8] 麦考伊，CP；斯托梅奥，F。；毛绒，SE；Gunnlaugsson，T.，《软物质pH传感：从溶液中的发光镧系pH开关到水凝胶中的传感》，《化学》。材料。，18, 4336-4343 (2006)
[9] 周，L。；Fu，J。；He，Y.，《软聚合物材料3D打印技术综述》，《高级功能》。材料。，30, 2000187 (2020)
[10] MK Rausch；Kuhl，E.，《关于生长薄生物膜的力学》，J.Mech。物理学。固体，63，128-140（2014）·Zbl 1303.74024号
[11] 佩尼亚，E。；马萨诸塞州马丁内斯；卡尔沃，B。；Doblaré，M.，《生物软组织中初始应变的数值处理》，国际J·数值。方法工程，68，836-860（2006）·Zbl 1176.74126号
[12] 李，B。；曹毅。；冯，X。；Gao，H.，体积生长引起的粘膜表面褶皱：理论、模拟和实验，机械杂志。物理学。固体，59758-774（2011）
[13] 杜，P。；李，Z。；陈，X。；Wang，J.，软材料样品中生长诱导变形的一般多层超弹性板理论，应用。数学。型号。，115, 300-336 (2023)
[14] 刘，Y。；张，H。；郑毅。；张，S。；Chen，B.，用于具有增长质量的软固体应力分析的非线性有限元模型，Int.J.solids Struct。，51, 2964-2978 (2014)
[15] 肯纳韦，R。；Coen，E.，生物生长的体积有限元建模，开放生物学。，9, 190057 (2019)
[16] 张，Z。；潘，Y。；Wang，J。；张，H。；陈，Z。；郑毅。；Ye，H.，《不可压缩软材料的耦合生长和大变形的全拉格朗日材料点法》，国际J·数值。方法工程，122，6180-6202（2021）
[17] 张，Z。；邱，Y。；Hu，Z。；Ye，H。；张，H。；郑毅，超弹性材料动态断裂的显式相场全拉格朗日材料点法，计算。方法应用。机械。工程，398115234（2022）·Zbl 1507.74042号
[18] Lejeune，E。；Linder，C.，《利用周动力学模拟肿瘤生长》，生物医学。模型。机械双醇。，16, 1141-1157 (2017)
[19] 李，C。；张，H。；Ye，H。；张，H。；Zheng，Y.，几乎不可压缩超弹性材料裂纹扩展的改进稳定周动力对应材料模型，计算。方法应用。机械。工程，404115840（2023）·Zbl 07644882号
[20] 佛罗里达州蒙坦斯；Chinesta，F。；Gómez-Bombarelli，R。；JN库茨，《科学与工程中的数据驱动建模与学习》，CR.Mechanique。，347, 845-855 (2019)
[21] Xiang，Y.，Zhong，D.，Rudykh，S.，Zhou，H.，Qu，S..，Yang，W.：基于物理和热力学的软材料本构模型综述。J.应用。机械。87, (2020)
[22] 王，Z。；B.马丁。；韦肯梅尔，J。；Garikipati，K.，《胎儿人脑早期形态弹性生长过程中局部体积变化的逆向模型研究》，脑多物理学。，2, 100023 (2021)
[23] Prachaseree，P。；Lejeune，E.，《利用消息传递神经网络学习机械驱动的紧急行为》，计算。结构。，270106825（2022）
[24] Lee，T。；Bilinis，I。；Tepole，AB，使用多保真度高斯过程回归的生长组织的机械和生物响应中的不确定性传播，计算。方法应用。机械。工程，359，112724（2020）·Zbl 1441.74128号
[25] 段，X。；Huang，J.，基于深度学习的数字音量相关性，极限机械。莱特。，53, 101710 (2022)
[26] Kirchdoerfer，T。；Ortiz，M.，数据驱动计算力学，计算。方法应用。机械。工程，304，81-101（2016）·Zbl 1425.74503号
[27] 艾格斯曼，R。；Kirchdoerfer，T。；Reese，S。；斯坦尼尔。；Ortiz，M.，无模型数据驱动的非弹性，计算。方法应用。机械。工程，350，81-99（2019）·Zbl 1441.74048号
[28] 斯泰尼尔，L。；Leygue，A。；Ortiz，M.，《力学中的无模型数据驱动方法：材料数据识别和求解器》，计算。机械。，64, 381-393 (2019) ·Zbl 1470.74077号
[29] Kirchdoerfer，T。；Ortiz，M.，《动力学中的数据驱动计算》，国际数学家杂志。方法工程，1131697-1710（2018）
[30] Zheng，Z.，Ye，H.，Zhang，H.、Zheng、Y.、Chen，Z.：用于多材料结构动力分析的基于K-d树的多级计算方法。国际多尺度计算杂志。工程18（2020）
[31] 郑，Z。；张，H。；Ye，H。；郑毅，基于距离最小化的固定数据集数据驱动计算塑性方法，国际期刊应用。机械。，14, 2250083 (2022)
[32] Karapiperis，K。；斯泰尼尔，L。；奥尔蒂斯，M。；Andrade，JE，《力学中的数据驱动多尺度建模》，J.Mech。物理学。固体，147104239（2021）
[33] Xu，R。；杨，J。；严，W。；黄，Q。；Giunta，G。；贝鲁埃塔，S。；Zahrouni，H。；锌，TB；Hu，H.，数据驱动的多尺度有限元方法：从并行到分离，计算。方法应用。机械。工程，363112893（2020）·Zbl 1436.74077号
[34] 莫拉·马西亚斯，J。；Ayensa-Jiménez，J。；Reina-Romo，E。；Doweidar，MH；Domínguez，J。；M.Doblaré。；Sanz Herrera，JA，骨组织生物力学的多尺度数据驱动方法，计算机。方法应用。机械。工程，368113136（2020）·Zbl 1506.74209号
[35] 卡拉拉，P。；德洛伦齐斯，L。；斯泰尼尔，L。；Ortiz，M.，数据驱动断裂力学，计算机。方法应用。机械。工程，372113390（2020）·Zbl 1506.74347号
[36] 刘，Z。；张杰。；张，H。；Ye，H。；张，H。；Zheng，Y.，弹塑性动态断裂问题的基于时间不连续状态的周动力学，工程分形。机械。，266, 108392 (2022)
[37] 卡拉拉，P。；奥尔蒂斯，M。；De Lorenzis，L.，数据驱动速率相关断裂力学，J.Mech。物理学。固体，155104559（2021）
[38] Nguyen，LTK；Keip，M-A，非线性弹性的数据驱动方法，计算。结构。，194, 97-115 (2018)
[39] Platzer，A。；Leygue，A。；斯泰尼尔，L。；Ortiz，M.，数据驱动有限应变弹性有限元解算器，计算。方法应用。机械。工程，379，113756（2021）·兹比尔1506.74430
[40] 郑，Z。；张，Z。；Ye，H。；张，H。；Zheng，Y.，超弹性材料有限变形的基于距离最小化的数据驱动计算方法，Int.J.Numer。方法工程，1242315-2340（2023）·Zbl 1531.65262号
[41] Nguyen，LTK；拉姆鲍塞克，M。；Keip，M-A，数据驱动计算力学中距离最小化方法的变分框架，计算。方法应用。机械。工程，365112898（2020）·Zbl 1442.74246号
[42] 罗德里格斯（Rodriguez，EK）；Hoger，A。；Mcculloch，AD，软弹性组织中的应力依赖有限生长，J.Biomech。，27, 455-467 (1994)
[43] Kadapa，C。；李，Z。；侯赛因，M。；Wang，J.，关于混合公式和高阶元素在计算形态弹性中的优势，J.机械。物理学。固体，148104289（2021）
[44] 郑毅。；Wang，J。；Ye，H。；刘，Y。；Zhang，H.，基于实体壳的薄壁软结构有限元模型，具有不断增长的质量，国际固体结构杂志。，163, 87-101 (2019)
[45] Ganghoffer，J-F，基于无应力配置的动力学和热力学一致的体积增长模型，国际固体结构杂志。，50, 3446-3459 (2013)
[46] Menzel，A。；Kuhl，E.，《生长和重塑的前沿》，机械。Res.Commun.公司。，42, 1-14 (2012)
[47] 侯赛因，M。；波萨特·G。；Steinmann，P.，聚合物固化模拟的有限应变框架，第一部分：弹性。计算。机械。，44, 621-630 (2009) ·Zbl 1171.74006号
[48] 侯赛因，M。；波萨特·G。；Steinmann，P.，聚合物固化模拟的有限应变框架，第二部分粘弹性和收缩，计算。机械。，46, 363-375 (2010) ·Zbl 1398.74040号
[49] Chaves，EW，《连续介质力学笔记》（2013），荷兰：施普林格科学与商业媒体，荷兰·Zbl 1277.74001号
[50] Kadapa，C。；Hossain，M.，超弹性的线性一致混合位移压力公式，机械。高级主管。结构。，29, 267-284 (2022)
[51] Rong，T。；Lu，A.，计算力学中病态问题的广义混合变分原理和解：第一部分体积锁定，计算。方法应用。机械。工程，191407-422（2001）·兹比尔1054.74737
[52] Rong，T。；Lu，A.，计算力学中病态问题的广义混合变分原理和解，第二部分：剪切锁定，计算。方法应用。机械。工程，1924981-5000（2003）·Zbl 1055.74563号
[53] Belytschko，T。；刘，WK；莫兰，B。；Elkhodary，K.，《连续统和结构的非线性有限元》（2014），奇切斯特：John Wiley&Sons，奇切特
[54] 郑毅。；Wang，J。；Ye，H。；江，S。；Zhang，H.，水凝胶瞬态膨胀的混合等几何分析方法，计算。方法应用。机械。工程师，372113384（2020）·Zbl 1506.74459号
[55] Hughes，TJR，《有限元方法：线性静态和动态有限元分析》（1987），新泽西州：普伦蒂斯·霍尔·Zbl 0634.73056号
[56] Leygue，A。；科雷特，M。；Réthoré，J。；斯泰尼尔，L。；Verron，E.，材料响应的基于数据的推导，计算。方法应用。机械。工程，331，184-196（2018）·Zbl 1439.74050号
[57] Bentley，JL，用于关联搜索的多维二进制搜索树，Commun。ACM，18509-517（1975）·Zbl 0306.68061号
[58] JH弗里德曼；宾利，JL；Raphael，AF，在对数预期时间内寻找最佳匹配的算法，ACM T.数学。软件。，3, 209-226 (1977) ·Zbl 0364.68037号
[59] Nguyen，LTK；艾丁，RC；Cyron，CJ，用自适应超参数加速数据驱动弹性的距离最小化方法，计算。机械。，70621-638（2022）·Zbl 1497.74080号
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