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Physics-Informed Neural Networks with Two Weighted Loss Function Methods for Interactions of Two-Dimensional Oceanic Internal Solitary Waves 被引量:1
1
作者 SUN Junchao CHEN Yong TANG Xiaoyan 《Journal of Systems Science & Complexity》 SCIE EI CSCD 2024年第2期545-566,共22页
The multiple patterns of internal solitary wave interactions(ISWI)are a complex oceanic phenomenon.Satellite remote sensing techniques indirectly detect these ISWI,but do not provide information on their detailed stru... The multiple patterns of internal solitary wave interactions(ISWI)are a complex oceanic phenomenon.Satellite remote sensing techniques indirectly detect these ISWI,but do not provide information on their detailed structure and dynamics.Recently,the authors considered a three-layer fluid with shear flow and developed a(2+1)Kadomtsev-Petviashvili(KP)model that is capable of describing five types of oceanic ISWI,including O-type,P-type,TO-type,TP-type,and Y-shaped.Deep learning models,particularly physics-informed neural networks(PINN),are widely used in the field of fluids and internal solitary waves.However,the authors find that the amplitude of internal solitary waves is much smaller than the wavelength and the ISWI occur at relatively large spatial scales,and these characteristics lead to an imbalance in the loss function of the PINN model.To solve this problem,the authors introduce two weighted loss function methods,the fixed weighing and the adaptive weighting methods,to improve the PINN model.This successfully simulated the detailed structure and dynamics of ISWI,with simulation results corresponding to the satellite images.In particular,the adaptive weighting method can automatically update the weights of different terms in the loss function and outperforms the fixed weighting method in terms of generalization ability. 展开更多
关键词 Internal solitary wave interactions KP equation pinn method weighted loss function method
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基于物理信息神经网络的盾构隧道诱发地表沉降预测 被引量:1
2
作者 张子龙 潘秋景 +1 位作者 仉文岗 黄阜 《工程力学》 EI CSCD 北大核心 2024年第4期161-173,共13页
地表沉降是城市复杂环境下盾构隧道施工重点关注的问题。传统机器学习方法在预测隧道施工诱发地表沉降时忽略了其内在的物理机理,存在对训练样本需求量较大的弊端。基于深度神经网络(deep neural networks, DNN)对Verruijt-Booker解的... 地表沉降是城市复杂环境下盾构隧道施工重点关注的问题。传统机器学习方法在预测隧道施工诱发地表沉降时忽略了其内在的物理机理,存在对训练样本需求量较大的弊端。基于深度神经网络(deep neural networks, DNN)对Verruijt-Booker解的围岩位移因子进行修正,构建地表沉降与隧道开挖面空间位置的关联。将修正后的Verruijt-Booker解的物理方程耦合至另一并行的DNN框架中,构建数据-物理双驱动的物理信息神经网络模型(physics-informed neural networks, PINN),从而约束神经网络在满足物理机制的空间中进行训练。算例分析的结果表明:在同等配置的条件下,提出的PINN模型的预测效果显著优于单一数据驱动的传统DNN模型,其外推泛化性能得到显著提升。工程应用的结果表明:PINN模型可以利用施工前期的实测数据,准确预测后续施工过程中开挖面在不同位置时监测断面的地表沉降值。提出的方法有助于提高盾构隧道施工过程中地表沉降控制的智慧化程度,可为工程的潜在风险及施工决策提供预警和指导。 展开更多
关键词 盾构隧道 地表沉降 物理信息神经网络 物理机理 数据物理双驱动
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基于软约束优化求解偏微分方程的物理神经网络及应用
3
作者 唐韫 陈硕 贺冬冬 《力学季刊》 CAS CSCD 北大核心 2023年第4期782-792,共11页
本文使用物理神经网络(Physics-Informed Neural Networks,PINN)对偏微分方程(Partial Differential Equation,PDE)进行了正向求解,该方法将控制方程和边界条件编码为损失函数,并使用自动微分机制和随机梯度下降算法来更新超参数,成功... 本文使用物理神经网络(Physics-Informed Neural Networks,PINN)对偏微分方程(Partial Differential Equation,PDE)进行了正向求解,该方法将控制方程和边界条件编码为损失函数,并使用自动微分机制和随机梯度下降算法来更新超参数,成功建立软约束优化下的PINN正向求解模型.针对稳态案例求解,文章展示了二维泊肃叶-库埃特,无黏Taylor-Green涡以及Re为100时的二维顶盖驱动方腔流计算结果,并比较了不同采样策略和采样点集大小对预测结果的影响.对于非稳态案例,文章提出了使用时间标签和“门函数”来强化模型表征时序因果的能力,成功在相同参数设置下求解了传统PINN失效的Allen-Cahn方程.本文为偏微分方程的求解提供了一种新思路,具有广泛的应用前景. 展开更多
关键词 pinn 正演 稳态求解 非稳态求解 时序因果
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基于物理信息神经网络的气膜冷却湍流模型反演学习
4
作者 张振 苏欣荣 袁新 《动力工程学报》 CAS CSCD 北大核心 2024年第9期1459-1465,共7页
由于气膜冷却问题中湍流的复杂特性,传统雷诺平均(RANS)方法会低估湍流的热扩散强度,导致冷却效果计算不准确。对此提出了一套基于物理信息神经网络(PINN)的湍流建模框架,基于RANS流场和大涡模拟(LES)温度场,建立了数据驱动的湍流普朗... 由于气膜冷却问题中湍流的复杂特性,传统雷诺平均(RANS)方法会低估湍流的热扩散强度,导致冷却效果计算不准确。对此提出了一套基于物理信息神经网络(PINN)的湍流建模框架,基于RANS流场和大涡模拟(LES)温度场,建立了数据驱动的湍流普朗特数神经网络模型,在RANS求解器中嵌入该模型,可以动态调整湍流的热扩散强度,获得了与LES高度一致的温度场。结果表明:PINN是构建数据驱动湍流模型的良好方法,对于湍流普朗特数的建模可以有效提升RANS方法对温度预测的准确性。 展开更多
关键词 气膜冷却 物理信息神经网络 湍流普朗特数 机器学习 湍流模型
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基于虚实结合的波浪环境下船舶操纵运动机器学习建模研究 被引量:2
5
作者 夏召丹 马翔 +3 位作者 刘义 张伟 黄文斌 王鸿东 《水动力学研究与进展(A辑)》 CSCD 北大核心 2022年第6期763-768,共6页
实船在波浪中的操纵运动数学建模是船舶操纵性预报的难点。在静水中,实船操纵运动建模相对较易实现,在此基础上结合波浪力数学模型,可以产生虚拟的船舶在波浪中的操纵运动数据,再结合有限的波浪环境实测数据,形成虚实融合的数据,从而可... 实船在波浪中的操纵运动数学建模是船舶操纵性预报的难点。在静水中,实船操纵运动建模相对较易实现,在此基础上结合波浪力数学模型,可以产生虚拟的船舶在波浪中的操纵运动数据,再结合有限的波浪环境实测数据,形成虚实融合的数据,从而可以利用数据驱动手段,开展实船在波浪中的操纵运动数学建模研究。该文以某船为例,基于静水环境下实船实测数据,使用物理内嵌神经网络(physics informed neural network,PINN)辨识船舶操纵运动MMG方程水动力导数。记及波浪力模型后,形成船舶在波浪中操纵运动数学模型,基于此数学模型构造操纵运动数据,再结合有限的波浪环境数据,利用长短期记忆神经网络(long short term memory,LSTM)开展实船在波浪中的操纵运动在线预报研究。 展开更多
关键词 操纵性建模 pinn LSTM 机器学习 数据驱动
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Physics-informed deep learning for incompressible laminar flows 被引量:19
6
作者 Chengping Rao Hao Sun Yang Liu 《Theoretical & Applied Mechanics Letters》 CAS CSCD 2020年第3期207-212,共6页
Physics-informed deep learning has drawn tremendous interest in recent years to solve computational physics problems,whose basic concept is to embed physical laws to constrain/inform neural networks,with the need of l... Physics-informed deep learning has drawn tremendous interest in recent years to solve computational physics problems,whose basic concept is to embed physical laws to constrain/inform neural networks,with the need of less data for training a reliable model.This can be achieved by incorporating the residual of physics equations into the loss function.Through minimizing the loss function,the network could approximate the solution.In this paper,we propose a mixed-variable scheme of physics-informed neural network(PINN)for fluid dynamics and apply it to simulate steady and transient laminar flows at low Reynolds numbers.A parametric study indicates that the mixed-variable scheme can improve the PINN trainability and the solution accuracy.The predicted velocity and pressure fields by the proposed PINN approach are also compared with the reference numerical solutions.Simulation results demonstrate great potential of the proposed PINN for fluid flow simulation with a high accuracy. 展开更多
关键词 Physics-informed neural networks(pinn) Deep learning Fluid dynamics Incompressible laminar flow
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针灸及耳背放血联合中药熏蒸治疗周围性面瘫临床价值评估 被引量:12
7
作者 王海琴 《针灸临床杂志》 2018年第8期32-35,共4页
目的:探究针灸及耳背放血联合中药熏蒸治疗周围性面瘫临床价值。方法:选取108例周围性面瘫患者以随机数字表法分为观察组(54例)和对照组(54例),对照组实施常规临床治疗,观察组在对照组治疗基础上实施针灸及耳背放血联合中药熏蒸治疗,对... 目的:探究针灸及耳背放血联合中药熏蒸治疗周围性面瘫临床价值。方法:选取108例周围性面瘫患者以随机数字表法分为观察组(54例)和对照组(54例),对照组实施常规临床治疗,观察组在对照组治疗基础上实施针灸及耳背放血联合中药熏蒸治疗,对比两组患者疗效、住院时间及平均治愈时间、治疗前后患者House-Brackmann面神经功能评分、生活质量评分(SF-36)、不良反应及1年复发率和患者满意率。结果:观察组治疗总有效率为98.15%,显著高于对照组的87.04%(P<0.05);治疗后观察组患者住院时间及平均治愈时间均短于对照组(P<0.05);治疗前两组患者House-Brackmann评分、SF-36评分相当(P>0.05),治疗后各组患者评分改善观察组优于对照组(P<0.05);观察组出现1例乏力,对照组未见不良反应,P>0.05;观察组患者1年复发率为0%,低于对照组的7.41%(P<0.05);观察组患者治疗满意程度(98.15%)高于对照组(85.19%),P<0.05,差异具有统计学意义。结论:针灸及耳背放血联合中药熏蒸治疗周围性面瘫临床价值极高,临床疗效提升,面部功能恢复良好,患者生活质量改善,不良反应少,安全可靠,患者满意率高。 展开更多
关键词 周围性面瘫 针灸 耳背放血 中药熏蒸
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基于PINN深度机器学习技术求解多维中子学扩散方程 被引量:8
8
作者 刘东 罗琦 +2 位作者 唐雷 安萍 杨帆 《核动力工程》 EI CAS CSCD 北大核心 2022年第2期1-8,共8页
阐述了基于物理信息指引的神经网络模型(PINN),构造深度神经网络作为试函数,将其代入中子学扩散方程形成残差,并作为机器学习的加权损失函数,进而通过深度机器学习技术逼近中子学扩散方程数值解;针对扩散方程的特点,提出了特征值方程加... 阐述了基于物理信息指引的神经网络模型(PINN),构造深度神经网络作为试函数,将其代入中子学扩散方程形成残差,并作为机器学习的加权损失函数,进而通过深度机器学习技术逼近中子学扩散方程数值解;针对扩散方程的特点,提出了特征值方程加速收敛方法、有效增殖系数(k_(eff))高效并行搜索技术、学习样本网格点不均匀分布策略等创新性关键技术,并对神经网络深度、神经元数量、边界条件损失函数权重等关键参数进行了敏感性分析。验证计算结果表明,该方法具有良好的精度,提出的关键技术具有显著的成效,为中子学扩散方程的数值求解探索出了新的技术途径。 展开更多
关键词 深度机器学习 基于物理信息指引的神经网络模型(pinn) 中子学扩散方程 加速收敛 有效增殖系数(k_(eff))
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基于多域物理信息神经网络的复合地层隧道掘进地表沉降预测 被引量:2
9
作者 潘秋景 吴洪涛 +1 位作者 张子龙 宋克志 《岩土力学》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第2期539-551,共13页
复合地层中盾构掘进诱发地表沉降的准确预测是隧道工程安全建设与施工决策的关键问题。基于隧道施工诱发地层变形机制构建隧道收敛变形与掘进位置的联系,并将其耦合至深度神经网络(deep neural network,简称DNN)框架,建立了预测盾构掘... 复合地层中盾构掘进诱发地表沉降的准确预测是隧道工程安全建设与施工决策的关键问题。基于隧道施工诱发地层变形机制构建隧道收敛变形与掘进位置的联系,并将其耦合至深度神经网络(deep neural network,简称DNN)框架,建立了预测盾构掘进诱发地层变形的物理信息神经网络(physics-informed neural network,简称PINN)模型。针对隧道上覆多个地层的地质特征,提出了多域物理信息神经网络(multi-physics-informed neural network,简称MPINN)模型,实现了在统一的框架内对不同地层的物理信息分区域表达。结果表明:MPINN模型高度还原了有限差分法的计算结果,可以准确预测复合地层中隧道开挖诱发的地表沉降;由于融入了物理机制,MPINN模型对隧道施工诱发地表沉降的问题具有普适性,可应用于不同地质和几何条件下隧道诱发地表沉降的预测;基于工程实测数据,提出的MPINN模型准确预测了监测断面的地表沉降曲线,可为复合地层下盾构掘进过程中地表沉降的预测预警提供参考。 展开更多
关键词 物理信息神经网络(pinn) 盾构隧道 地表沉降 机器学习 数据物理驱动
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浅水波方程的黏性正则化PINN算法 被引量:2
10
作者 郑素佩 林云云 +1 位作者 封建湖 靳放 《计算物理》 CSCD 北大核心 2023年第3期314-324,共11页
针对经典PINN(Physics-informed Neural Networks)在求解浅水波方程间断问题时的不足,提出一种黏性耗散机制的正则化PINN算法。该算法利用黏性正则化的浅水波方程作为网络构建中的物理约束,并在损失函数中作为惩罚项,训练网络用正则化... 针对经典PINN(Physics-informed Neural Networks)在求解浅水波方程间断问题时的不足,提出一种黏性耗散机制的正则化PINN算法。该算法利用黏性正则化的浅水波方程作为网络构建中的物理约束,并在损失函数中作为惩罚项,训练网络用正则化方程的光滑解逼近原方程的间断解,采用网格加密熵稳定格式的数值解作为参考,学习得原方程在整个区域的解。对满足不同初始条件的一维、二维浅水问题进行数值模拟,并与经典PINN算法进行比较,数值结果表明新算法泛化能力强,可预测任意时刻的解,分辨率高,不会出现抹平和伪振荡现象。 展开更多
关键词 浅水波方程 pinn算法 黏性正则化 黏性消失解
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基于PINN的燃料棒稳态温度分布快速预测方法研究
11
作者 刘振海 张涛 +4 位作者 齐飞鹏 张坤 李垣明 周毅 李文杰 《核动力工程》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第S01期39-44,共6页
本研究建立了一种基于物理信息神经网络(PINN)的燃料棒稳态温度分布快速预测方法。将燃耗、线功率、温度边界、空间位置等作为特征参数,利用PINN求解参数化的固体导热方程。基于该方法分别建立了燃料芯块和包壳稳态温度分布快速预测模型... 本研究建立了一种基于物理信息神经网络(PINN)的燃料棒稳态温度分布快速预测方法。将燃耗、线功率、温度边界、空间位置等作为特征参数,利用PINN求解参数化的固体导热方程。基于该方法分别建立了燃料芯块和包壳稳态温度分布快速预测模型,计算结果表明:快速预测模型的计算速度相比商业有限元软件而言快1000倍,同时具有较高精度,芯块和包壳稳态温度与验证集相比预测最大相对偏差分别约0.318%、0.013%,可以快速且准确地预测燃料棒稳态温度分布。 展开更多
关键词 物理信息神经网络(pinn) 燃料棒稳态温度 快速预测 燃料行为
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间断问题扩散正则化的PINN反问题求解算法 被引量:1
12
作者 林云云 郑素佩 +1 位作者 封建湖 靳放 《应用数学和力学》 CSCD 北大核心 2023年第1期112-122,共11页
双曲守恒律方程间断问题的求解是该类方程数值求解问题研究的重点之一.采用PINN(physics-informed neural networks)求解双曲守恒律方程正问题时需要添加扩散项,但扩散项的系数很难确定,需要通过试算方法来得到,造成很大的计算浪费.为... 双曲守恒律方程间断问题的求解是该类方程数值求解问题研究的重点之一.采用PINN(physics-informed neural networks)求解双曲守恒律方程正问题时需要添加扩散项,但扩散项的系数很难确定,需要通过试算方法来得到,造成很大的计算浪费.为了捕捉间断并节约计算成本,对方程进行了扩散正则化处理,将正则化方程纳入损失函数中,使用守恒律方程的精确解或参考解作为训练集,学习出扩散系数,进而预测出不同时刻的解.该算法与PINN求解正问题方法相比,间断解的分辨率得到了提高,且避免了多次试算系数的麻烦.最后,通过一维和二维数值试验验证了算法的可行性,数值结果表明新算法捕捉间断能力更强、无伪振荡和抹平现象的产生,且所学习出的扩散系数为传统数值求解格式构造提供了依据. 展开更多
关键词 pinn算法 扩散正则化 反问题 无黏Burgers方程 黏性消失解
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双曲型方程激波捕捉的物理信息神经网络(PINN)算法
13
作者 郑素佩 靳放 +1 位作者 封建湖 林云云 《浙江大学学报(理学版)》 CAS CSCD 北大核心 2023年第1期56-62,82,共8页
双曲型方程的数值求解算法研究一直是偏微分方程研究的热点,其中,双曲型方程的间断捕捉是难点。受物理信息神经网络(physics-informed neural networks,PINN)启发,构造了改进的PINN算法,近似求解双曲型方程的间断问题。将坐标构造的数... 双曲型方程的数值求解算法研究一直是偏微分方程研究的热点,其中,双曲型方程的间断捕捉是难点。受物理信息神经网络(physics-informed neural networks,PINN)启发,构造了改进的PINN算法,近似求解双曲型方程的间断问题。将坐标构造的数据集作为神经网络的输入,将PINN算法中的损失函数作为训练输出值与参考解(基于细网格的熵相容格式数据)或准确解的误差值,通过网络优化,最小化损失函数,得到最优网络参数。最后用数值算例验证了算法的可行性,数值结果表明,本文算法能捕捉激波,分辨率高,且未产生伪振荡。 展开更多
关键词 双曲守恒律方程 网络预测 物理信息神经网络(pinn) 激波捕捉
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融合物理的神经网络方法在流场重建中的应用 被引量:7
14
作者 尧少波 何伟峰 +2 位作者 陈丽华 吴昌聚 陈伟芳 《空气动力学学报》 CSCD 北大核心 2022年第5期30-38,共9页
神经网络融合物理先验知识能极大提高其拟合复杂变量的能力,其中融合神经网络和物理控制方程的物理融合神经网络模型(physical-informed neural network, PINN),赋予传统神经网络所不具备的先验知识和可解释性。结合课题组对PINN方法的... 神经网络融合物理先验知识能极大提高其拟合复杂变量的能力,其中融合神经网络和物理控制方程的物理融合神经网络模型(physical-informed neural network, PINN),赋予传统神经网络所不具备的先验知识和可解释性。结合课题组对PINN方法的研究和应用,本文介绍了融合N-S方程的PINN神经网络模型预测能力。首先借助三维超声速槽道湍流的直接数值计算数据,耦合神经网络和可压缩N-S方程,应用PINN方法对槽流的瞬时流场的物理量进行预测,并对瞬时量及其统计平均值与DNS对应结果进行对比来验证训练所获PINN模型的可靠性。其次,借助不可压缩圆柱绕流与三维可压缩槽道流动的计算数据,利用PINN模型进行了N-S控制方程待定系数与待定项的重建,结果显示其在重建流场流动信息的同时可逼近方程的待定系数。研究结果证实了PINN方法可为建立流动物理模型提供工具和算法支撑。 展开更多
关键词 pinn神经网络 先验知识 NAVIER-STOKES方程 流场重建 待定系数
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痤疮耳部中医外治法的临床研究进展 被引量:7
15
作者 刘文珊 李宏坤 +1 位作者 孙彬 王艳君 《中国美容医学》 CAS 2018年第12期157-162,共6页
痤疮是面部碍容性皮肤病之一,好发于青春期男女。其治疗方法有西药、中药、针灸、刺络拔罐及耳针等,均可获得肯定疗效。耳部外治法在痤疮治疗中发挥着重要作用,耳针疗法多结合刺络拔罐、火针等进行治疗;耳尖放血疗法具有清热泻火之功,... 痤疮是面部碍容性皮肤病之一,好发于青春期男女。其治疗方法有西药、中药、针灸、刺络拔罐及耳针等,均可获得肯定疗效。耳部外治法在痤疮治疗中发挥着重要作用,耳针疗法多结合刺络拔罐、火针等进行治疗;耳尖放血疗法具有清热泻火之功,耳背放血可以调理肝之气机,因此耳尖、耳背放血治疗痤疮疗效显著;综合疗法是指耳尖放血,耳背放血,耳穴贴压等结合针刺、刺络拔罐、中药内服多种方法,联合应用能够提高整体治疗效果。本文就中医外治法在痤疮治疗中的研究进展综述如下。 展开更多
关键词 中医外治法 痤疮 临床研究 耳部 耳尖放血疗法 治疗方法 刺络拔罐 耳背放血
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地震波正演问题的物理信息神经网络算法研究进展 被引量:3
16
作者 邹婧博 刘财 赵鹏飞 《地球物理学进展》 CSCD 北大核心 2023年第1期430-448,共19页
偏微分方程作为一种描述客观物理规律的重要工具,可应用于解决大多数科学问题和工程问题.在地球物理学中,求解波动方程是地震波场数值模拟的重要步骤,对于偏移成像和反演起着至关重要的作用.随着勘探目标复杂化,地震波方程的数学描述也... 偏微分方程作为一种描述客观物理规律的重要工具,可应用于解决大多数科学问题和工程问题.在地球物理学中,求解波动方程是地震波场数值模拟的重要步骤,对于偏移成像和反演起着至关重要的作用.随着勘探目标复杂化,地震波方程的数学描述也更加复杂,现有的经典地震波数值模拟方法存在一些待完善之处,需要一些新型正演算法的应用.物理信息神经网络(Physics-Informed Neural Network,简称PINN)是一种利用神经网络求解偏微分方程近似解的有效手段,通过自动微分将偏微分方程及其定解条件引入损失函数中,在最小化数据驱动误差的同时,使其满足方程的物理约束条件.本文在分析PINN原理并总结其研究现状的基础上,对其在波动方程正演中已有成果进行归纳和分析,展望了其未来可能的研究方向,并对PINN在一维声波方程正演中的应用进行了探究. 展开更多
关键词 地震波正演 物理信息神经网络 深度学习 自动微分
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基于物理信息驱动神经网络的三维初至波旅行时计算方法
17
作者 都国宁 谭军 +2 位作者 宋鹏 解闯 王绍文 《石油地球物理勘探》 EI CSCD 北大核心 2023年第1期9-20,共12页
在地震勘探中,初至波旅行时的精确求取是偏移成像和旅行时反演等处理技术的重要基础。基于程函方程的有限差分算法在地震波旅行时求取中展现出良好的效果,但需要付出巨大的计算成本,尤其是对多震源、高密度网格的旅行时计算。为此,提出... 在地震勘探中,初至波旅行时的精确求取是偏移成像和旅行时反演等处理技术的重要基础。基于程函方程的有限差分算法在地震波旅行时求取中展现出良好的效果,但需要付出巨大的计算成本,尤其是对多震源、高密度网格的旅行时计算。为此,提出了一种基于物理信息驱动神经网络(PINN)的三维程函方程旅行时求取算法,由三维程函方程及其物理条件信息构成损失函数,再通过最小化该损失函数训练神经网络,最终输出满足程函方程的旅行时结果。不同速度模型的数值模拟实验结果表明,所提方法相对于传统算法具有更高的计算效率和更高的精确度。 展开更多
关键词 旅行时 程函方程 物理信息驱动神经网络(pinn) 深度学习 有限差分
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基于稀疏数据的流场结构重构方法研究
18
作者 陈旷奇 欧阳晗青 +2 位作者 朱志成 郝佳 黄彪 《北京理工大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2023年第9期950-961,共12页
无论是基于数值模拟还是物理实验,高精度流场数据的获取数量都极为有限,并且往往伴随着高昂的成本.现有方法无法通过有限数据重构出更加精细的流场结构,这极大地制约了相关气/水动相关工程问题的设计精度与设计效率.物理信息驱动型神经... 无论是基于数值模拟还是物理实验,高精度流场数据的获取数量都极为有限,并且往往伴随着高昂的成本.现有方法无法通过有限数据重构出更加精细的流场结构,这极大地制约了相关气/水动相关工程问题的设计精度与设计效率.物理信息驱动型神经网络框架的提出,使得传统数据驱动型神经网络无法处理稀疏的问题在一定程度上得到解决.文中以物理信息驱动型神经网络框架为基础,发展了基于稀疏数据的流场结构重构方法,通过耦合流场物理信息,利用少量数据训练神经网络并输出全流场数据.通过分析重构流场的水动力特性与涡脱落特性,揭示了物理信息驱动型神经网络的预测误差机理,讨论了该方法对不同流场结构的预测能力.结果表明,物理信息驱动型神经网络通过耦合NS方程,仅利用极其有限的流场数据即可实现对全流场的高精度重构,对流场涡结构也能实现较为精准捕捉. 展开更多
关键词 流场预测 深度学习 物理信息驱动型神经网络(pinn) 非定常流动
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Prediction of Porous Media Fluid Flow with Spatial Heterogeneity Using Criss-Cross Physics-Informed Convolutional Neural Networks
19
作者 Jiangxia Han Liang Xue +5 位作者 Ying Jia Mpoki Sam Mwasamwasa Felix Nanguka Charles Sangweni Hailong Liu Qian Li 《Computer Modeling in Engineering & Sciences》 SCIE EI 2024年第2期1323-1340,共18页
Recent advances in deep neural networks have shed new light on physics,engineering,and scientific computing.Reconciling the data-centered viewpoint with physical simulation is one of the research hotspots.The physicsi... Recent advances in deep neural networks have shed new light on physics,engineering,and scientific computing.Reconciling the data-centered viewpoint with physical simulation is one of the research hotspots.The physicsinformedneural network(PINN)is currently the most general framework,which is more popular due to theconvenience of constructing NNs and excellent generalization ability.The automatic differentiation(AD)-basedPINN model is suitable for the homogeneous scientific problem;however,it is unclear how AD can enforce fluxcontinuity across boundaries between cells of different properties where spatial heterogeneity is represented bygrid cells with different physical properties.In this work,we propose a criss-cross physics-informed convolutionalneural network(CC-PINN)learning architecture,aiming to learn the solution of parametric PDEs with spatialheterogeneity of physical properties.To achieve the seamless enforcement of flux continuity and integration ofphysicalmeaning into CNN,a predefined 2D convolutional layer is proposed to accurately express transmissibilitybetween adjacent cells.The efficacy of the proposedmethodwas evaluated through predictions of several petroleumreservoir problems with spatial heterogeneity and compared against state-of-the-art(PINN)through numericalanalysis as a benchmark,which demonstrated the superiority of the proposed method over the PINN. 展开更多
关键词 Physical-informed neural networks(pinn) flow in porous media convolutional neural networks spatial heterogeneity machine learning
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Radiative heat transfer analysis of a concave porous fin under the local thermal non-equilibrium condition:application of the clique polynomial method and physics-informed neural networks
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作者 K.CHANDAN K.KARTHIK +3 位作者 K.V.NAGARAJA B.C.PRASANNAKUMARA R.S.VARUN KUMAR T.MUHAMMAD 《Applied Mathematics and Mechanics(English Edition)》 SCIE EI CSCD 2024年第9期1613-1632,共20页
The heat transfer through a concave permeable fin is analyzed by the local thermal non-equilibrium(LTNE)model.The governing dimensional temperature equations for the solid and fluid phases of the porous extended surfa... The heat transfer through a concave permeable fin is analyzed by the local thermal non-equilibrium(LTNE)model.The governing dimensional temperature equations for the solid and fluid phases of the porous extended surface are modeled,and then are nondimensionalized by suitable dimensionless terms.Further,the obtained nondimensional equations are solved by the clique polynomial method(CPM).The effects of several dimensionless parameters on the fin's thermal profiles are shown by graphical illustrations.Additionally,the current study implements deep neural structures to solve physics-governed coupled equations,and the best-suited hyperparameters are attained by comparison with various network combinations.The results of the CPM and physicsinformed neural network(PINN)exhibit good agreement,signifying that both methods effectively solve the thermal modeling problem. 展开更多
关键词 heat transfer FIN porous fin local thermal non-equilibrium(LTNE)model physics-informed neural network(pinn)
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