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Generative Adversarial Networks (GANs)-based Timeseries Data Augmentation to Overcome Data Scarcity in the Context of Material Testing

Yoo, Sanghyun und Viswakumar, Amal Jyothis und Toso, Nathalie und Voggenreiter, Heinz (2026) Generative Adversarial Networks (GANs)-based Timeseries Data Augmentation to Overcome Data Scarcity in the Context of Material Testing. European Journal of Materials. Taylor & Francis. doi: 10.1080/26889277.2026.2685400. ISSN 2688-9277.

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

Kurzfassung

Data scarcity is one of the major challenges in applying machine learning (ML), as acquiring training data on the material behaviour is often difficult due to high costs and time constraints. To address this challenge, this study reports the development of a robust data augmentation method based on Generative Adversarial Networks (GANs). Firstly, the hyperparameters of the GANs model are optimised using Bayesian Optimisation (BO) by minimising the Fréchet inception distance (FID). Secondly, the quality of the generated data and its similarity to experimental datasets are evaluated using A-basis material allowables to determine the acceptability of the synthetic data. The accepted data is subsequently used to train a Gaussian Process Regression (GPR) model for predicting the strain-rate effect. Results show that the GPR model trained on a dataset of 1,800 data points achieved a lower negative log predictive density (NLPD) score than the model trained only on the experimental dataset. Furthermore, a hybrid approach is introduced to integrate the GPR model with a Cowper-Symonds model, thereby further improving prediction accuracy. Ultimately, this framework establishes a robust, statistically validated method for synthetic data generation and for overcoming data limitations in the accurate modelling of the strain-rate-dependent properties of carbon/epoxy composites.

elib-URL des Eintrags:https://elib.dlr.de/224990/
Dokumentart:Zeitschriftenbeitrag
Titel:Generative Adversarial Networks (GANs)-based Timeseries Data Augmentation to Overcome Data Scarcity in the Context of Material Testing
Autoren:
AutorenInstitution oder E-Mail-AdresseAutoren-ORCID-iDORCID Put Code
Yoo, SanghyunSanghyun.Yoo (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0001-6924-1716NICHT SPEZIFIZIERT
Viswakumar, Amal Jyothisamal.viswakumar (at) dlr.deNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Toso, NathalieNathalie.Toso (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0003-2803-1450NICHT SPEZIFIZIERT
Voggenreiter, HeinzHeinz.Voggenreiter (at) dlr.deNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Datum:10 Juni 2026
Erschienen in:European Journal of Materials
Referierte Publikation:Ja
Open Access:Ja
Gold Open Access:Ja
In SCOPUS:Ja
In ISI Web of Science:Nein
DOI:10.1080/26889277.2026.2685400
Verlag:Taylor & Francis
ISSN:2688-9277
Status:veröffentlicht
Stichwörter:Mechanical properties prediction; Machine learning; Data augmentation; Generative Adversarial Networks (GANs); Gaussian Process Regression (GPR);
HGF - Forschungsbereich:Luftfahrt, Raumfahrt und Verkehr
HGF - Programm:Luftfahrt
HGF - Programmthema:Komponenten und Systeme
DLR - Schwerpunkt:Luftfahrt
DLR - Forschungsgebiet:L CS - Komponenten und Systeme
DLR - Teilgebiet (Projekt, Vorhaben):L - Strukturwerkstoffe und Bauweisen
Standort: Aachen-Merzbrück
Institute & Einrichtungen:Institut für Bauweisen und Strukturtechnologie > Strukturelle Integrität
Hinterlegt von: Yoo, Sanghyun
Hinterlegt am:12 Jun 2026 09:46
Letzte Änderung:16 Jun 2026 13:54

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