计算机科学 > 计算工程、金融与科学
[提交于 2025年7月16日
(v1)
,最后修订 2025年7月23日 (此版本, v2)]
标题: 微米力学的通用傅里叶神经算子
标题: Universal Fourier Neural Operators for Micromechanics
摘要: 求解均质化中的单元问题很困难,现有的深度学习框架无法达到传统计算框架的速度和通用性。 更具体地说,通常不清楚机器学习方法能期望什么,更不用说挑出哪些方法有前景了。 在本研究中,我们倡导使用傅里叶神经算子(FNOs)来解决微力学问题,并通过基于快速傅里叶变换(FFT)的计算微力学方法的见解来增强它们。 我们构建了一个FNO代理模型,模仿基于FFT方法的基本方案,并表明该结果算子仅在材料对比度约束下,就能以所需的精度预测任意刚度分布的单元问题的解。 特别是,对于材料对称性(如各向同性)、相数以及材料之间界面的几何形状没有任何限制。 此外,提供的保真度是精确且均匀的,提供了明确的保证,利用了我们对FNOs的物理增强。 为了展示所需的普遍逼近性质,我们显式构建了一个无需训练即可开始的FNO。 尽管如此,所获得的神经算子仍然符合基本方案的内存要求,并且运行时间与经典FFT求解器成比例。 特别是,可以轻松处理超过1亿个体素的大规模问题。 本工作的目标是强调FNOs在解决微力学问题方面的潜力,并将基于FFT的方法与FNOs联系起来。 这种联系预计将在两者之间提供一个富有成效的交流。
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