ForceASR

ForceASR数据集是一个关于物理学习的相位场断裂模型的数据集。它包含了区域、元素连接性、元素范围、网格坐标、点数据（如位移、相场、材料ID）、全局配置（如断裂能量、应变能量、总能量、x和y力）等多种特征。数据集分为res_SENS部分，适用于图机器学习任务。

原始信息汇总

ForceASR 数据集概述

数据集基本信息

• 数据集名称：ForceASR dataset
• 许可证：cc-by-sa-4.0
• 任务类别：graph-ml
• 标签：physics learning, geometry learning

数据特征

几何结构特征

• Base_2_2/Zone：int64列表
• Base_2_2/Zone/Elements_QUAD_4/ElementConnectivity：int64列表
• Base_2_2/Zone/Elements_QUAD_4/ElementConnectivity_times：float64列表
• Base_2_2/Zone/Elements_QUAD_4/ElementRange：int64列表
• Base_2_2/Zone/Elements_QUAD_4/ElementRange_times：float64列表

坐标数据

• Base_2_2/Zone/GridCoordinates/CoordinateX：float32列表
• Base_2_2/Zone/GridCoordinates/CoordinateX_times：float64列表
• Base_2_2/Zone/GridCoordinates/CoordinateY：float32列表
• Base_2_2/Zone/GridCoordinates/CoordinateY_times：float64列表

物理场数据

• Base_2_2/Zone/PointData/Displacement_X：float32列表
• Base_2_2/Zone/PointData/Displacement_X_times：float64列表
• Base_2_2/Zone/PointData/Displacement_Y：float32列表
• Base_2_2/Zone/PointData/Displacement_Y_times：float64列表
• Base_2_2/Zone/PointData/PhaseField：float32列表
• Base_2_2/Zone/PointData/PhaseField_times：float64列表
• Base_2_2/Zone/PointData/materialID：float32列表
• Base_2_2/Zone/PointData/materialID_times：float64列表

全局参数

• Global/config：string列表
• Global/fracture energy：float32列表
• Global/fref：float32列表
• Global/fref_times：float64列表
• Global/pfThres：float32列表
• Global/pfThres_times：float64列表
• Global/strain energy：float32列表
• Global/total energy：float32列表
• Global/x-force：float32列表
• Global/y-force：float32列表

数据集配置

• 配置名称：default
• 数据文件：split: res_SENS, path: data/res_SENS-*

数据集规模

• 分割名称：res_SENS
• 样本数量：28
• 数据集大小：3,436,764,375字节
• 下载大小：1,924,927,272字节

数据生产信息

• 物理模型：脆性断裂的相场断裂模型
• 脚本说明：初始数据集的子集res-SENS，1/5时间步长，转换为PLAID格式以实现标准化访问；数据内容无更改
• 数据类型：模拟数据

法律信息

• 许可证：cc-by-4.0
• 所有者：RK 2423 FRASCAL (https://zenodo.org/records/7445749)

技术信息

• PLAID版本：0.1.10.dev114+gcbd3fd46f.d20251014

搜集汇总

数据集介绍

构建方式

ForceASR数据集基于相场断裂模型构建，通过模拟脆性断裂过程中的物理现象生成数据。该数据集采用PLAID格式进行标准化处理，原始仿真数据经过时间步长采样（保留1/5时间节点）并保持物理场量的完整性，包括位移场、相场参量和能量演化等关键物理量。数据生成过程严格遵循计算力学原理，通过有限元方法离散几何域并记录时空演化过程。

特点

该数据集涵盖多维物理场特征，包含网格坐标、单元连接关系、位移场分布、相场演化及能量参数等结构化数据。其显著特点在于同时捕捉空间几何特征与时间动态过程，每个物理量均附带对应时间戳序列。数据采用分层存储结构，支持对断裂过程中材料响应与能量转换的耦合分析，为研究物理信息驱动的几何学习提供了高保真仿真基准。

使用方法

使用者可通过HuggingFace数据集库直接加载数据，结合PLAID桥接工具重构样本结构。具体操作需先加载平面约束树与问题定义文件，继而通过路径标识符提取输入输出特征。数据访问支持按时间步长遍历网格节点，可分别获取位移场、相场参量等特征向量，适用于物理启发的图神经网络训练与断裂力学预测任务。

背景与挑战

背景概述

ForceASR数据集聚焦于物理学习与几何学习交叉领域，专为相场断裂模型在脆性断裂研究中的应用而设计。该数据集由FRASCAL研究机构于2023年创建，基于PLAID标准化框架构建，通过有限元模拟记录了材料在受力条件下的位移场、相场演化及能量分布等关键物理量。其核心研究目标在于解决固体力学中裂纹萌生与扩展的预测难题，为计算力学与材料科学领域提供了高保真度的基准数据，推动了数据驱动方法在物理建模中的深度融合。

当前挑战

在相场断裂建模领域，ForceASR需应对材料非线性响应与多尺度裂纹演化的复杂性挑战，其核心任务在于从高维时空数据中提取断裂力学规律。数据构建过程中面临多重困难：模拟参数敏感性导致数据生成需覆盖广泛物理条件；网格坐标与场变量的大规模时序存储要求高效的压缩与检索机制；PLAID格式转换需保持原始数据的物理一致性，同时解决异构数据结构对齐问题。

常用场景

经典使用场景

在计算力学领域，ForceASR数据集为相场断裂模型提供了标准化基准，其经典应用体现在通过四节点四边形单元模拟脆性材料的裂纹扩展过程。数据集完整记录了位移场、相场参数及能量演化轨迹，使研究人员能够系统分析材料在载荷作用下的断裂力学行为，为验证新型数值模拟算法提供了高保真度的物理场数据支撑。

实际应用

基于ForceASR的工程实践已延伸至航空航天复合材料损伤评估领域，其高精度位移场数据可辅助预测机翼结构的疲劳裂纹扩展。在土木工程中，该数据集通过材料ID与相场参数的映射关系，为混凝土构件的断裂韧性评估提供了数字化实验平台，有效降低了实体试验成本。

衍生相关工作

受ForceASR启发，FRASCAL团队开发了基于图神经网络的裂纹路径预测模型，将单元连接关系构建为动态图结构。后续研究则利用该数据集的时空特征，提出了融合相场演化的时序预测算法，推动了物理信息神经网络在损伤力学中的创新应用。