Advanced atomistic models for radiation damage in Fe-based alloys: Contributions and future perspectives from artificial neural networks
Creators
- 1. Belgian Nuclear Research Centre
- 2. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas
- 3. KTH Royal Institute of Technology
- 4. Laboratoire de Mécanique des Sols, Structures et Matériaux
- 5. Comisión Nacional de Energía Atómica
Description
Machine learning, and more specifically artificial neural networks (ANN), are powerful and flexible numerical tools that can lead to significant improvements in many materials modelling techniques. This paper provides a review of the efforts made so far to describe the effects of irradiation in Fe-based and W-based alloys, in a multiscale modelling framework. ANN were successfully used as innovative parametrization tools in these models, thereby greatly enhancing their physical accuracy and capability to accomplish increasingly challenging goals. In the provided examples, the main goal of ANN is to predict how the chemical complexity of local atomic configurations, and/or specific strain fields, influence the activation energy of selected thermally-activated events. This is most often a more efficient approach with respect to previous computationally heavy methods. In a future perspective, similar schemes can be potentially used to calculate other quantities than activation energies. They can thus transfer atomic-scale properties to higher-scale simulations, providing a proper bridging across scales, and hence contributing to the achievement of accurate and reliable multiscale models.
Translated Descriptions
Translated Description (Arabic)
يعد التعلم الآلي، وبشكل أكثر تحديدًا الشبكات العصبية الاصطناعية (ANN)، أدوات رقمية قوية ومرنة يمكن أن تؤدي إلى تحسينات كبيرة في العديد من تقنيات نمذجة المواد. تقدم هذه الورقة مراجعة للجهود المبذولة حتى الآن لوصف آثار الإشعاع في السبائك القائمة على الحديد والقائمة على W، في إطار نمذجة متعدد المقاييس. تم استخدام ANN بنجاح كأدوات مبتكرة لقياس المعلمات في هذه النماذج، مما عزز بشكل كبير من دقتها المادية وقدرتها على تحقيق أهداف صعبة بشكل متزايد. في الأمثلة المقدمة، فإن الهدف الرئيسي لـ ANN هو التنبؤ بكيفية تأثير التعقيد الكيميائي للتكوينات الذرية المحلية، و/أو حقول الانفعال المحددة، على طاقة التنشيط للأحداث المختارة التي يتم تنشيطها حراريًا. غالبًا ما يكون هذا نهجًا أكثر كفاءة فيما يتعلق بالطرق الحسابية الثقيلة السابقة. من منظور مستقبلي، يمكن استخدام مخططات مماثلة لحساب كميات أخرى غير طاقات التنشيط. وبالتالي يمكنها نقل خصائص النطاق الذري إلى عمليات محاكاة أعلى نطاقًا، مما يوفر جسرًا مناسبًا عبر المقاييس، وبالتالي المساهمة في تحقيق نماذج دقيقة وموثوقة متعددة المقاييس.Translated Description (French)
L'apprentissage automatique, et plus particulièrement les réseaux de neurones artificiels (RNA), sont des outils numériques puissants et flexibles qui peuvent conduire à des améliorations significatives dans de nombreuses techniques de modélisation des matériaux. Cet article fournit un examen des efforts déployés jusqu'à présent pour décrire les effets de l'irradiation dans les alliages à base de Fe et à base de W, dans un cadre de modélisation à plusieurs échelles. ANN a été utilisé avec succès comme outil de paramétrage innovant dans ces modèles, améliorant ainsi considérablement leur précision physique et leur capacité à atteindre des objectifs de plus en plus ambitieux. Dans les exemples fournis, l'objectif principal de l'ANN est de prédire comment la complexité chimique des configurations atomiques locales et/ou des champs de contrainte spécifiques influencent l'énergie d'activation d'événements sélectionnés activés thermiquement. Il s'agit le plus souvent d'une approche plus efficace par rapport aux méthodes informatiques lourdes précédentes. Dans une perspective future, des schémas similaires peuvent potentiellement être utilisés pour calculer d'autres quantités que les énergies d'activation. Ils peuvent ainsi transférer des propriétés à l'échelle atomique vers des simulations à plus grande échelle, fournissant un pont approprié entre les échelles, et contribuant ainsi à la réalisation de modèles multi-échelles précis et fiables.Translated Description (Spanish)
El aprendizaje automático, y más específicamente las redes neuronales artificiales (ANN), son herramientas numéricas potentes y flexibles que pueden conducir a mejoras significativas en muchas técnicas de modelado de materiales. Este documento proporciona una revisión de los esfuerzos realizados hasta ahora para describir los efectos de la irradiación en aleaciones basadas en Fe y W, en un marco de modelado multiescala. Las ANN se utilizaron con éxito como herramientas de parametrización innovadoras en estos modelos, lo que mejoró en gran medida su precisión física y su capacidad para lograr objetivos cada vez más desafiantes. En los ejemplos proporcionados, el objetivo principal de ANN es predecir cómo la complejidad química de las configuraciones atómicas locales y/o los campos de deformación específicos influyen en la energía de activación de los eventos activados térmicamente seleccionados. Este es a menudo un enfoque más eficiente con respecto a los métodos computacionalmente pesados anteriores. En una perspectiva futura, se pueden utilizar esquemas similares para calcular otras cantidades distintas a las energías de activación. Por lo tanto, pueden transferir propiedades a escala atómica a simulaciones a mayor escala, proporcionando un puente adecuado entre escalas y, por lo tanto, contribuyendo al logro de modelos multiescala precisos y confiables.Files
Castin18_CMS_Review_ANN_use.pdf.pdf
Files
(3.1 MB)
| Name | Size | Download all |
|---|---|---|
|
md5:ffec24c2803b72f5ed7012bb5746ceb3
|
3.1 MB | Preview Download |
Additional details
Additional titles
- Translated title (Arabic)
- نماذج ذرية متقدمة للتلف الإشعاعي في السبائك القائمة على الحديد: المساهمات والمنظورات المستقبلية من الشبكات العصبية الاصطناعية
- Translated title (French)
- Modèles atomistiques avancés pour les dommages causés par les rayonnements dans les alliages à base de Fe : contributions et perspectives d'avenir des réseaux de neurones artificiels
- Translated title (Spanish)
- Modelos atomísticos avanzados para el daño por radiación en aleaciones a base de Fe: contribuciones y perspectivas futuras de las redes neuronales artificiales
Identifiers
- Other
- https://openalex.org/W2790812587
- DOI
- 10.1016/j.commatsci.2018.02.025
References
- https://openalex.org/W1590003705
- https://openalex.org/W1963662115
- https://openalex.org/W1965229818
- https://openalex.org/W1966578677
- https://openalex.org/W1969895344
- https://openalex.org/W1970589753
- https://openalex.org/W1972135189
- https://openalex.org/W1973641880
- https://openalex.org/W1977873045
- https://openalex.org/W1979891277
- https://openalex.org/W1982379379
- https://openalex.org/W1983349330
- https://openalex.org/W1986575501
- https://openalex.org/W1987611975
- https://openalex.org/W1998206230
- https://openalex.org/W2000384859
- https://openalex.org/W2000779144
- https://openalex.org/W2004751437
- https://openalex.org/W2005053741
- https://openalex.org/W2006516261
- https://openalex.org/W2008974877
- https://openalex.org/W2011251178
- https://openalex.org/W2011943226
- https://openalex.org/W2012727714
- https://openalex.org/W2017068127
- https://openalex.org/W2017779816
- https://openalex.org/W2018625096
- https://openalex.org/W2024599288
- https://openalex.org/W2025444507
- https://openalex.org/W2025782347
- https://openalex.org/W2027573976
- https://openalex.org/W2031175305
- https://openalex.org/W2031430816
- https://openalex.org/W2031679838
- https://openalex.org/W2038576438
- https://openalex.org/W2039394648
- https://openalex.org/W2041268291
- https://openalex.org/W2045836858
- https://openalex.org/W2048282270
- https://openalex.org/W2052481584
- https://openalex.org/W2056951246
- https://openalex.org/W2057648175
- https://openalex.org/W2062158391
- https://openalex.org/W2065623958
- https://openalex.org/W2066120296
- https://openalex.org/W2068023899
- https://openalex.org/W2072883698
- https://openalex.org/W2074530757
- https://openalex.org/W2082482293
- https://openalex.org/W2083824429
- https://openalex.org/W2085070016
- https://openalex.org/W2087070363
- https://openalex.org/W2087200622
- https://openalex.org/W2088700531
- https://openalex.org/W2091790868
- https://openalex.org/W2094713022
- https://openalex.org/W2095921114
- https://openalex.org/W2098432400
- https://openalex.org/W2110179049
- https://openalex.org/W2114258860
- https://openalex.org/W2117941247
- https://openalex.org/W2122427541
- https://openalex.org/W2135004660
- https://openalex.org/W2137971290
- https://openalex.org/W2137983211
- https://openalex.org/W2256578114
- https://openalex.org/W2650491824
- https://openalex.org/W2728105629
- https://openalex.org/W4205686602
- https://openalex.org/W4241406255
- https://openalex.org/W657501189