深度材料網路於雙尺度彈塑性問題

Abstract

交互式材料網路（IMN）引入了代表性體積元素（RVE）內部的應力平衡方向交互機制，使其能有效地模擬複合材料的內部微觀結構力學行為。在本研究中，我們建立了一個雙尺度模擬框架，將 IMN 與商用有限元素分析（FEM）軟體整合，以促進彈塑性複合材料的多尺度模擬，在巨觀尺度下，我們使用 LS-DYNA 執行分析，並以 IMN 作為微觀材料的替代模型，透過立方體的單軸載重測試與孔洞版的顯式模擬，驗證了本框架的預測能力，基準測試進一步突顯出 LS-DYNA 與 IMN 結合後，在計算效率與穩定性上的優越表現。此框架提供了一種具擴展性且高效的方式，推動多尺度模擬技術的發展。

The Interaction-based Material Network (IMN) incorporates an interaction mechanism for stress-equilibrium directions within representative volume elements (RVEs). This approach enables the effective modeling of internal microstructural mechanics in elastoplastic composite materials. In this study, we develop a two-scale framework by integrating IMN with commercial finite element method (FEM) software, facilitating multiscale simulations of composite materials. Macroscale analyses are conducted in LS-DYNA, which utilizes IMN as a microscopic material surrogate model. This framework's predictive capabilities are shown by uniaxial loading tests on a one-element mesh and hole-plate problems on an explicit solver. Benchmarking further underscores the LS-DYNA-IMN superior computational efficiency and robustness. This framework establishes a scalable and efficient approach for advancing multiscale simulation.