结合有限元和机器学习优化镍金属纳米多孔结构的有效杨氏模量

纳米多孔材料相比于其宏观块材具有许多优异而独特的性能.纳米材料的这些性能来源于其特征尺寸及几何形状.因此,通过改变纳米多孔结构实现对其性能的有效调控可以促进它们的实际应用.本文基于表面本征应力模型和分子动力学模拟结果,构建纳米多孔结构的宏观模型,对镍金属纳米多孔结构的力学变形进行了有限元模拟,计算不同镍金属纳米多孔结构由于韧带表面应力产生的初始应变,并进一步计算其有效杨氏模量.为实现纳米多孔结构力学性能的优化,建立基于高斯过程的代理模型,该模型可以对构型的有效杨氏模量进行高精度预测,与有限元相比实现了7个数量级的加速计算.最后使用该模型对全设计域结构的有效杨氏模量进行预测,得到杨氏模量最大的构型并进行了有限元验证.本工作实现了纳米多孔结构的跨尺度模拟,并利用代理模型大幅提高了计算效率,为具有优异性能的纳米多孔材料的优化设计提供了方法框架.