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Data-driven inverse design and optimisation of silica aerogel model networks

Pandit, Prakul und Abdusalamov, Rasul und Itskov, Mikhail und Milow, Barbara und Rege, Ameya Govind (2023) Data-driven inverse design and optimisation of silica aerogel model networks. Proceedings in Applied Mathematics and Mechanics, 23 (1). Wiley. doi: 10.1002/pamm.202200329. ISSN 1617-7061.

[img] PDF - Verlagsversion (veröffentlichte Fassung)
3MB

Kurzfassung

Silica aerogels are highly porous ultralight materials with extremely low density and thermal conductivity. These exceptional properties of silica aerogels are often accounted to microstructure morphology, thus making them of keen research interest for analysing their structure-property relationships. The classical approach for this involved the microstructure modelling of the silica aerogels with aggregation-based modelling algorithm viz., diffusion-limited cluster-cluster aggregation (DLCA) and then performing finite element method (FEM) on the generated representative volume element (RVEs). However, the process often requires large computation time and resources. The objective of this work was thus to introduce an artificial intelligence approach based on neural networks and reinforcement learning to eliminate the necessity of generating and simulating 3D silica aerogel models for predicting their structural and mechanical properties. To this end for the forward prediction of the elastic modulus and fractal dimension of the silica aerogels from DLCA parameters, an artificial neural network was developed. Furthermore, to reverse engineer the material and perform inverse material design, a reinforcement learning framework was developed, that is shown to have learned to determine appropriate DLCA model parameters as actions for a desired fractal dimension and elastic modulus.

elib-URL des Eintrags:https://elib.dlr.de/197856/
Dokumentart:Zeitschriftenbeitrag
Titel:Data-driven inverse design and optimisation of silica aerogel model networks
Autoren:
AutorenInstitution oder E-Mail-AdresseAutoren-ORCID-iDORCID Put Code
Pandit, PrakulPrakul.Pandit (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0002-1343-3046146022945
Abdusalamov, RasulRWTH Aachen UniversityNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Itskov, MikhailRWTH Aachen UniversityNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Milow, BarbaraBarbara.Milow (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0002-6350-7728NICHT SPEZIFIZIERT
Rege, Ameya GovindAmeya.Rege (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0001-9564-5482NICHT SPEZIFIZIERT
Datum:31 Mai 2023
Erschienen in:Proceedings in Applied Mathematics and Mechanics
Referierte Publikation:Ja
Open Access:Ja
Gold Open Access:Nein
In SCOPUS:Nein
In ISI Web of Science:Nein
Band:23
DOI:10.1002/pamm.202200329
Verlag:Wiley
ISSN:1617-7061
Status:veröffentlicht
Stichwörter:machine learning, material informatics, artificial intelligence in materials, silica aerogels
HGF - Forschungsbereich:keine Zuordnung
HGF - Programm:keine Zuordnung
HGF - Programmthema:keine Zuordnung
DLR - Schwerpunkt:Digitalisierung
DLR - Forschungsgebiet:D KIZ - Künstliche Intelligenz
DLR - Teilgebiet (Projekt, Vorhaben):D - ReBAR
Standort: Köln-Porz
Institute & Einrichtungen:Institut für Werkstoff-Forschung > Aerogele und Aerogelverbundwerkstoffe
Hinterlegt von: Pandit, Prakul
Hinterlegt am:06 Nov 2023 10:08
Letzte Änderung:22 Nov 2023 13:26

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