PofoliaPofolia ile paylaşıldı

PNAS Nexus· 2026Q1

TIP-INN: Kayaların Mekanik Davranışı İçin Termodinamik Bilgili Makine Öğrenmesi Çerçevesi

TIP-INN: A thermodynamics-informed machine learning framework for the mechanical behavior of rocks

K. Li, Tushar Mittal, Benjamin Kamine Holtzman, Seth Saltiel ve diğerleri

Kısa özet

Genelleştirilmiş Standart Malzemeler formülasyonuna dayanan yeni bir makine öğrenmesi çerçevesi olan TIP-INN, gerilme-şekil değiştirme verilerinden doğrudan yapısal yasaları öğrenir, negatif olmayan dissipasyonu mimari olarak garanti eder ve önceki yöntemlere göre 10-30 kat daha hızlı eğitim ve iki büyüklük mertebesine kadar daha az ekstrapolasyon hatası elde eder.

Yapay zekâ ile başlık ve abstract'tan üretildi; tam metin okunmaz.

Ana noktalar

  • TIP-INN, termodinamik potansiyelleri (Helmholtz serbest enerjisi ve dual dissipasyon potansiyeli) eğiterek kaya mekaniği için yapısal yasaları öğrenir.
  • Çerçeve, termodinamik tutarlılığı sağlayan negatif olmayan mekanik dissipasyonu mimari olarak garanti eder.
  • TIP-INN, varyasyonel temellere göre 10-30 kat daha hızlı eğitilir ve ekstrapolasyon hatasını iki büyüklük mertebesine kadar azaltır.
  • Ters problemdeki benzersizlik sorunları, çeşitli yükleme protokolleri ve sismik-akustik veri asimilasyonu kullanılarak çözülür.
  • Öğrenilen potansiyeller, jeodinamik kodlarda kullanım için kapalı form ifadeler halinde damıtılır.

Yapay zekâ ile başlık ve abstract'tan üretildi; tam metin okunmaz.

Özet (abstract)

Abstract Modeling the mechanical deformation of geological materials across relevant thermodynamic conditions and dynamic processes remains a fundamental challenge in Earth sciences. Conventional rheological models rely on isolated disciplinary approaches and hard-coded iterative solvers that struggle with strongly coupled, non-linear constitutive laws. Inverting macroscopic laboratory data to infer sub-grid micro-physics is also ill-posed, producing structural non-uniqueness and models that may violate thermodynamic laws during transient loading. To address these limitations, we present TIP-INN (Thermodynamics of Irreversible Processes Informed Neural Network), a thermodynamically consistent machine learning framework grounded in the Generalized Standard Materials (GSM) formalism. TIP-INN discovers constitutive laws directly from time-series stress-strain data by learning two strictly convex thermodynamic potentials-the Helmholtz free energy and the dual dissipation potential-architecturally guaranteeing non-negative mechanical dissipation. A continuous, differentiable neural integrator solves internal state variable (ISV) evolution as an initial-value problem, enabling stable, rapid training across complex rheologies. Benchmarked against existing thermodynamics-informed networks, TIP-INN trains 10 to 30 times faster than variational baselines and reduces extrapolation error by up to two orders of magnitude. We resolve the non-uniqueness of this inverse problem through two strategies: (1) diverse loading protocols (e.g., cyclic and stress-relaxation paths) that map the full geometry of the potential state space, and (2) a multi-modal loss assimilating auxiliary seismo-acoustic data. TIP-INN thus rigorously bridges continuum damage mechanics and laboratory seismology. Finally, to ensure physical interpretability, the learned potentials are distilled via Sparse Identification of Nonlinear Potentials (SINP) into closed-form expressions for efficient implementation in geodynamic codes.

Yazarların özeti; kaynağından alınmıştır. PNAS Nexus, 2026 · DOI ↗

ÇıkarımlarPremium
Makaleye SorÜcretsiz hesapla

Ücretsiz hesapla devam et

Makaleye Sor ile bu makaleye günde 3 soru ücretsiz; makaleyi kaydet, kaynakçasını al, ilgi alanına göre her gün yeni özetler. Çıkarımlar Premium.

Web'de ücretsiz devam et

Google ya da Apple hesabınla giriş; kart istemez. Bu makaleye geri dönersin.

Telefonda:

Alan: Malzeme Mekaniği

Mechanics of MaterialsEngineering