Direct data-driven computational mechanics for anelastic material behaviours

• Applicant: Professorin Dr.-Ing. Stefanie Reese
• Subject Area: Mechanics
• Term: from 2019 to 2025
• Project identifier: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Project number 431386925

• Final Report Year: 2025

Final Report Abstract

Das deutsch-französische Kooperationsprojekt hat die vergleichsweise neue direkte datengetriebene Methode in mehreren Bereichen vorangebracht. Die Ergebnisse wurden in anerkannten internationalen Fachzeitschriften veröffentlicht sowie auf internationalen Konferenzen präsentiert. Zur Förderung des wissenschaftlichen Nachwuchses wurden eine Summer School organisiert und zahlreiche Abschlussarbeiten durchgeführt. Ebenfalls sind drei Promotionen im Rahmen des Projektes abgeschlossen worden. Der inhaltliche Schwerpunkt lag auf den Themen numerische und algorithmische Effizienz, Strategien zur Datenbeschaffung, Unsicherheitsquantifizierung sowie Formulierungen für inelastisches Materialverhalten. Dazu wurden neue Methoden, meist in Form von mathematischen Lösungs-Algorithmen, entwickelt sowie numerisch implementiert und anhand von Beispielen evaluiert. Eine besondere Herausforderung war dabei, dass die Themen nicht separat bearbeitet werden konnten, da sie sich gegenseitig bedingen. Dennoch konnten in jedem Bereich neue Erkenntnisse gewonnen werden, welche die Grundlagen für weitere Forschung bilden.

Publications

• Finite strain data-driven computational mechanics.: From tailored data to adaptive solvers for multiscale simulations (Doctoral dissertation, École centrale de Nantes)
  Platzer, A.
  
• A probabilistic model-free data-driven solver scheme. In 16th U.S. National Congress on Computational Mechanics
  Prume, E., Eggersmann, R. Reese, S. & Ortiz, M.
  
• Data-driven computations with inelastic materials using commerical solvers. In Mechanistic Machine Learning and Digital Twins for Computational Science, Engineering & Technology
  Prume, E., Eggersmann, R., Stainier, L., Ortiz, M. & Reese, S.
  
• Data-driven mechanics – interesting aspects in the modelling of inelastic behaviour. 16th edition of the International Conference on Computational Plasticity. CIMNE.
  Reese, S.
  
• Data-driven Mechanics – theoretical and numerical aspects in the context of inelastic material behavior. In 25th International Congress of Theoretical and Applied Mechanics (ICTAM)
  Reese, S., Prume, E., Eggersmann, R., Gierden, C., Svendsen, B., Stainier, L. & Ortiz, M.
  
• Efficient data structures for model-free data-driven computational mechanics. Computer Methods in Applied Mechanics and Engineering, 382, 113855.
  Eggersmann, Robert; Stainier, Laurent; Ortiz, Michael & Reese, Stefanie
  
• Enicient data structures for data-driven mechanics, In Presentations and videos to 10th International Conference on Adaptative Modeling and Simulation (ADMOS)
  Reese, S., Eggersmann, R., Prume, E., Stainier, L. & Ortiz, M.
  
• Enicient multi-scale modelling by means of FE-FFT and model order reduction techniques - enhanced by data-driven mechanics. In MCIC 2021 – Materials Discovery and Processing for Energy
  Reese, S., Gierden, C., Schmidt, A., Prume, E., Weimann, J., Svendsen, B. & Ortiz, M.
  
• Model-free data-driven computational mechanics enhanced by tensor voting. Computer Methods in Applied Mechanics and Engineering, 373, 113499.
  Eggersmann, Robert; Stainier, Laurent; Ortiz, Michael & Reese, Stefanie
  
• Solver strategies for data-driven computations with inelastic materials. In XVI International Conference on Computational Plasticity (COMPLAS 2021)
  Prume, E., Eggersmann, R., Stainier, L., Ortiz, M. & Reese, S.
  
• Constitutive-model-free data-driven computational mechanics (Doctoral dissertation, Rheinisch-Westfälische Technische Hochschule Aachen)
  Eggersmann, R.
  
• Data-driven mechanics for elastic and inelastic problems. In XXV Convegno AIMETA
  Reese, S., Prume, E., Gierden, C., Svendsen, B. & Ortiz, M.
  
• Model-Free Data-Driven Inference in Computational Mechanics. In 92nd Annual Meeting of the International Association of Applied Mathematics and Mechanics (GAMM)
  Prume, E., Eggersmann, R., Reese, S. & Ortiz, M.
  
• Model-Free Data-Driven Inference in Computational Mechanics. In 9th GACM Colloquium on Computational Mechanics (GACM)
  Prume, E., Reese, S. & Ortiz, M.
  
• Mécanique numérique pilotée par les données pour les comportements anélastiques. In 15ème colloque national en calcul des structures
  Dandin, H., Leygue, A. & Stainier, L.
  
• A Data-Driven Framework for Multiscale Material Analysis. In XVII International Conference on Computational Plasticity (COMPLAS 2023)
  Prume, E., Gierden, C. & Reese, S.
  
• A data‐driven solver scheme for inelastic problems. PAMM, 23(1).
  Prume, Erik; Stainier, Laurent; Ortiz, Michael & Reese, Stefanie
  
• Adaptive goal-oriented data sampling in Data-Driven Computational Mechanics. Computer Methods in Applied Mechanics and Engineering, 409, 115949.
  Gorgogianni, Anna; Karapiperis, Konstantinos; Stainier, Laurent; Ortiz, Michael & Andrade, José E.
  
• Model-free Data-Driven inference in computational mechanics. Computer Methods in Applied Mechanics and Engineering, 403, 115704.
  Prume, E.; Reese, S. & Ortiz, M.
  
• Adaptive Material Data Set Enrichment for Multi-Scale Analysis. In 26th International Congress of Theoretical and Applied Mechanics (ICTAM)
  Prume, E., Gierden, C., Ortiz, M. & Reese, S.
  
• Algorithme prédicteur-correcteur pour la simulation de comportements élastoplastiques sans modèle de comportement. In 16ème Colloque National en Calcul de Structures
  Dandin, H., Leygue, A. & Stainier, L.
  
• Data-driven methods for computational mechanics: A fair comparison between neural networks based and model-free approaches. Computer Methods in Applied Mechanics and Engineering, 431, 117289.
  Zlatić, Martin; Rocha, Felipe; Stainier, Laurent & Čanađija, Marko
  
• Graph-based representation of history-dependent material response in the Data-Driven Computational Mechanics framework. Computer Methods in Applied Mechanics and Engineering, 419, 116694.
  Dandin, Héloïse; Leygue, Adrien & Stainier, Laurent
  
• Multiscale modeling by combining data-driven approaches and Fourier transforms. In 9th European Congress on Computational Methods in Applied Sciences and Engineering (ECCOMAS)
  Reese, S., Gierden, C., Macek, D., Ortiz, M., Prume, E., Ritzert, S. & Svendsen, B.
  
• Une approche basée sur les graphes pour le calcul piloté par les données en anélasticité.: Application à l'élastoplasticité (Doctoral dissertation, Ecole centrale de Nantes)
  Dandin, H.
  
• Direct data-driven algorithms for multiscale mechanics. Computer Methods in Applied Mechanics and Engineering, 433, 117525.
  Prume, E.; Gierden, C.; Ortiz, M. & Reese, S.