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  5. Nonlinear multiscale simulation of elastic beam lattices with anisotropic homogenized constitutive models based on artificial neural networks
 
  • Details
2021
Zweitveröffentlichung
Artikel
Verlagsversion

Nonlinear multiscale simulation of elastic beam lattices with anisotropic homogenized constitutive models based on artificial neural networks

File(s)
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Hauptpublikation
Gärtner2021_Article_NonlinearMultiscaleSimulationO.pdf
CC BY 4.0 International
Format: Adobe PDF
Size: 4.34 MB
TUDa URI
tuda/7680
URN
urn:nbn:de:tuda-tuprints-198752
DOI
10.26083/tuprints-00019875
Autor:innen
Gärtner, Til ORCID 0000-0002-5088-855X
Fernández, Mauricio ORCID 0000-0003-1840-1243
Weeger, Oliver ORCID 0000-0002-1771-8129
Kurzbeschreibung (Abstract)

A sequential nonlinear multiscale method for the simulation of elastic metamaterials subject to large deformations and instabilities is proposed. For the finite strain homogenization of cubic beam lattice unit cells, a stochastic perturbation approach is applied to induce buckling. Then, three variants of anisotropic effective constitutive models built upon artificial neural networks are trained on the homogenization data and investigated: one is hyperelastic and fulfills the material symmetry conditions by construction, while the other two are hyperelastic and elastic, respectively, and approximate the material symmetry through data augmentation based on strain energy densities and stresses. Finally, macroscopic nonlinear finite element simulations are conducted and compared to fully resolved simulations of a lattice structure. The good agreement between both approaches in tension and compression scenarios shows that the sequential multiscale approach based on anisotropic constitutive models can accurately reproduce the highly nonlinear behavior of buckling-driven 3D metamaterials at lesser computational effort.

Sprache
Englisch
Fachbereich/-gebiet
16 Fachbereich Maschinenbau > Fachgebiet Cyber-Physische Simulation (CPS)
DDC
000 Allgemeines, Informatik, Informationswissenschaft > 004 Informatik
500 Naturwissenschaften und Mathematik > 530 Physik
600 Technik, Medizin, angewandte Wissenschaften > 600 Technik
600 Technik, Medizin, angewandte Wissenschaften > 620 Ingenieurwissenschaften und Maschinenbau
Institution
Universitäts- und Landesbibliothek Darmstadt
Ort
Darmstadt
Titel der Zeitschrift / Schriftenreihe
Computational Mechanics
Startseite
1111
Endseite
1130
Jahrgang der Zeitschrift
68
Heftnummer der Zeitschrift
5
ISSN
1432-0924
Verlag
Springer
Publikationsjahr der Erstveröffentlichung
2021
Verlags-DOI
10.1007/s00466-021-02061-x
PPN
510630596
Zusätzliche Links (Verlag)
https://rd.springer.com/

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