elib
DLR-Header
DLR-Logo -> http://www.dlr.de
DLR Portal Home | Impressum | Datenschutz | Barrierefreiheit | Kontakt | English
Schriftgröße: [-] Text [+]

Physics-Informed Sinusoidal Networks for Ultrasonic Lamb Wave Reconstruction from Sparse Data

Jilke, Lukas und Hosters, Norbert und Raddatz, Florian und Behr, Marek und Wende, Gerko (2026) Physics-Informed Sinusoidal Networks for Ultrasonic Lamb Wave Reconstruction from Sparse Data. World Congress on Computational Mechanics, 2026-07-19 - 2026-07-24, München, Deutschland.

[img] PDF - Nur DLR-intern zugänglich
1MB

Kurzfassung

Ultrasonic guided wave (UGW) inspection has established itself as an effective non-destructive testing (NDT) method. Although the use of machine learning has recently improved damage detection capabilities, purely data-driven models are limited by their dependence on extensive labeled datasets and their lack of physical interpretability. Additionally, standard multi-layer perceptrons (MLPs) suffer from spectral bias (F-Principle), prioritizing low-frequency patterns while failing to capture high-frequency components essential for UGW reconstruction. By embedding the underlying partial differential equations into the training process, Physics-Informed Neural Networks (PINNs) \cite{Raissi} offer a robust solution for data-scarce environments. Additionally, Sinusoidal Representation Networks (SIRENs) \cite{Sitzmann} leverage periodic activation functions to effectively resolve high-frequency oscillatory phenomena. This study proposes a Physics-Informed Sinusoidal Representation Network (PI-SIREN) which embeds the elastodynamic wave equation into the learning process, effectively mitigating spectral bias to enable ultrasonic wavefield reconstruction in data-scarce environments. Specifically, the governing equations for both Kirchhoff-Love and Mindlin-Reissner plate theories are adapted and systematically compared. Numerical results demonstrate that the proposed PI-SIREN model significantly outperforms purely data-driven baselines, achieving substantially lower absolute and relative errors when trained on identical sparse datasets. Specifically, the Mindlin-Reissner implementation yield the most accurate wavefield reconstruction. All simulations were executed using double precision arithmetic combined with a hybrid optimization strategy with transition from first-order Adam to semi-second-order limited-memory BFGS optimizer. In contrast, conventional PINN configurations utilizing standard MLPs with hyperbolic tangent activation functions failed to converge, as they were unable to resolve the high-frequency dynamics inherent to ultrasonic wave propagation.

elib-URL des Eintrags:https://elib.dlr.de/225886/
Dokumentart:Konferenzbeitrag (Vortrag)
Titel:Physics-Informed Sinusoidal Networks for Ultrasonic Lamb Wave Reconstruction from Sparse Data
Autoren:
AutorenInstitution oder E-Mail-AdresseAutoren-ORCID-iDORCID Put Code
Jilke, LukasInstitut für Instandhaltung und Modifikationhttps://orcid.org/0000-0001-6879-3279NICHT SPEZIFIZIERT
Hosters, NorbertRWTH Aachen UniversityNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Raddatz, FlorianFlorian.Raddatz (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0002-0660-7650NICHT SPEZIFIZIERT
Behr, MarekRWTH Aachen UniversityNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Wende, Gerkogerko.wende (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0003-2368-2369NICHT SPEZIFIZIERT
Datum:19 Juli 2026
Referierte Publikation:Nein
Open Access:Nein
Gold Open Access:Nein
In SCOPUS:Nein
In ISI Web of Science:Nein
Status:veröffentlicht
Stichwörter:Physics-Informed Neural Networks, Sinusoidal Representation Networks, Ultrasonic Guided Waves, Non-destructive Testing
Veranstaltungstitel:World Congress on Computational Mechanics
Veranstaltungsort:München, Deutschland
Veranstaltungsart:internationale Konferenz
Veranstaltungsbeginn:19 Juli 2026
Veranstaltungsende:24 Juli 2026
Veranstalter :International Centre for Numerical Methods in Engineering Barcelona, Spain
HGF - Forschungsbereich:Luftfahrt, Raumfahrt und Verkehr
HGF - Programm:Raumfahrt
HGF - Programmthema:Technik für Raumfahrtsysteme
DLR - Schwerpunkt:Raumfahrt
DLR - Forschungsgebiet:R SY - Technik für Raumfahrtsysteme
DLR - Teilgebiet (Projekt, Vorhaben):R - Maschinelles Lernen, L - Digitale Technologien
Standort: Aachen-Merzbrück
Institute & Einrichtungen:Institut für Instandhaltung und Modifikation
Institut für Instandhaltung und Modifikation > Prozessoptimierung und Digitalisierung
Technologien für Kleinflugzeuge
Hinterlegt von: Jilke, Lukas
Hinterlegt am:05 Aug 2026 11:14
Letzte Änderung:05 Aug 2026 11:14

Nur für Mitarbeiter des Archivs: Kontrollseite des Eintrags

Blättern
Suchen
Hilfe & Kontakt
Informationen
OpenAIRE Validator logo electronic library verwendet EPrints 3.3.12
Gestaltung Webseite und Datenbank: Copyright © Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR). Alle Rechte vorbehalten.