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Bridging data-driven vCANN-based Contitutive Modeling and Finite-Element Simulation for Viscoelastic Materials

Ludena Navarro, Óscar und Flüh, Fabian und Hein, Robert (2026) Bridging data-driven vCANN-based Contitutive Modeling and Finite-Element Simulation for Viscoelastic Materials. DLRK 2026, 2026-09-08 - 2026-09-10, Aachen, Deutschland.

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Kurzfassung

Viscoelastic Constitutive Artificial Neural Networks (vCANNs) offer a flexible representation of historydependent material behavior, with potential relevance to the recovery of thermoplastic shape-memory polymer mandrels in aerospace manufacturing. Their practical use raises a fundamental question: can a data-driven, history-dependent constitutive model be embedded in a finite-element (FE) solver while retaining the convergence properties and numerical robustness of a classical formulation? We couple a trained vCANN to FEniCSx through an external operator that supplies stress and a finite-difference-consistent tangent at each quadrature point, without a machine-learning runtime in the solver hot path. Correct coupling relies on the consistent tangent and on separating committed and trial states to preserve material history during Newton and linesearch evaluations. The implementation agrees with the reference constitutive driver to machine precision and achieves quadratic Newton convergence from 1% to 25% nominal strain, and, in a matched comparison from rest at 1% strain, reduces the Newton iteration count from 13 to 5 relative to a frozen Neo-Hookean tangent. The model-agnostic interface provides a reusable foundation for embedding stateful learned constitutive models in implicit FE solvers, while the open-source software stack offers a transparent basis for reproducible research and future industrial transfer.

elib-URL des Eintrags:https://elib.dlr.de/226816/
Dokumentart:Konferenzbeitrag (Vortrag)
Titel:Bridging data-driven vCANN-based Contitutive Modeling and Finite-Element Simulation for Viscoelastic Materials
Autoren:
AutorenInstitution oder E-Mail-AdresseAutoren-ORCID-iDORCID Put Code
Ludena Navarro, Óscaroscar.ludenanavarro (at) dlr.deNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Flüh, FabianFabian.Neumann (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0002-7514-8427NICHT SPEZIFIZIERT
Hein, RobertRobert.Hein (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0002-6258-3673NICHT SPEZIFIZIERT
Datum:8 September 2026
Referierte Publikation:Nein
Open Access:Nein
Gold Open Access:Nein
In SCOPUS:Nein
In ISI Web of Science:Nein
Status:veröffentlicht
Stichwörter:Finite-element coupling; finite viscoelasticity; data-driven modeling; Constitutive Artificial Neural Networks; FEniCSx
Veranstaltungstitel:DLRK 2026
Veranstaltungsort:Aachen, Deutschland
Veranstaltungsart:nationale Konferenz
Veranstaltungsbeginn:8 September 2026
Veranstaltungsende:10 September 2026
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 - Produktionstechnologien
Standort: Aachen
Institute & Einrichtungen:Institut für Systemleichtbau > Produktionstechnologien BS
Institut für Systemleichtbau > Strukturmechanik
Hinterlegt von: Flüh, Fabian
Hinterlegt am:21 Sep 2026 22:51
Letzte Änderung:21 Sep 2026 22:51

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