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DeepONet在求解含参热传导方程中的应用
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作者 李慧 欧娜 宋晓燕 《应用数学进展》 2025年第6期32-44,共13页
含参热传导方程在多个科学与工程问题中广泛存在,由于所含参数具有随机性,热传导方程的解也随着不确定性的传播而具有随机性。为了刻画解的随机性,需要对该方程进行多次模拟仿真实验。另一方面,在实际应用中,我们需要在给定稀疏观测值... 含参热传导方程在多个科学与工程问题中广泛存在,由于所含参数具有随机性,热传导方程的解也随着不确定性的传播而具有随机性。为了刻画解的随机性,需要对该方程进行多次模拟仿真实验。另一方面,在实际应用中,我们需要在给定稀疏观测值的条件下,基于前向模型来识别方程中的未知参数。贝叶斯方法是识别未知参数的一个有效方法,借助观测数据,可以达到减小该方程中不确定性的目的。然而,参数和前向模型之间的非线性性导致后验分布没有显式表达式,我们拟利用构造蒙特卡罗马尔科夫链的方式,来实现后验分布的抽样。马尔科夫链的收敛要求数以百万次前向模型的仿真,构造前向模型的替代模型是提高抽样效率的有效方式之一。随着未知参数维数的增加,构建替代模型所需要的离线模拟次数也会呈指数级增加,这给参数识别问题带来了挑战。近年来,基于深度学习的算子学习方法,特别是DeepONet,为求解此类问题提供了新的思路。本文以DeepONet为核心工具,基于方程的部分解数据,构建和训练了一个随机热传导系数与观测数据之间的算子映射,并以此作为替代模型用于热传导方程的参数识别问题当中,提高了参数反演的效率。我们通过数值算例验证了DeepONet在求解含参偏微分方程时具有较高的精度,在高维未知参数的反演当中具有很好的应用效果。 展开更多
关键词 deeponet 热传导方程 深度神经网络 贝叶斯推断
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Porous-DeepONet:Learning the Solution Operators of Parametric Reactive Transport Equations in Porous Media
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作者 Pan Huang Yifei Leng +1 位作者 Cheng Lian Honglai Liu 《Engineering》 SCIE EI CAS CSCD 2024年第8期94-103,共10页
Reactive transport equations in porous media are critical in various scientific and engineering disciplines,but solving these equations can be computationally expensive when exploring different scenarios,such as varyi... Reactive transport equations in porous media are critical in various scientific and engineering disciplines,but solving these equations can be computationally expensive when exploring different scenarios,such as varying porous structures and initial or boundary conditions.The deep operator network(DeepONet)has emerged as a popular deep learning framework for solving parametric partial differential equations.However,applying the DeepONet to porous media presents significant challenges due to its limited capability to extract representative features from intricate structures.To address this issue,we propose the Porous-DeepONet,a simple yet highly effective extension of the DeepONet framework that leverages convolutional neural networks(CNNs)to learn the solution operators of parametric reactive transport equations in porous media.By incorporating CNNs,we can effectively capture the intricate features of porous media,enabling accurate and efficient learning of the solution operators.We demonstrate the effectiveness of the Porous-DeepONet in accurately and rapidly learning the solution operators of parametric reactive transport equations with various boundary conditions,multiple phases,and multiphysical fields through five examples.This approach offers significant computational savings,potentially reducing the computation time by 50–1000 times compared with the finite-element method.Our work may provide a robust alternative for solving parametric reactive transport equations in porous media,paving the way for exploring complex phenomena in porous media. 展开更多
关键词 Porous media Reactive transport Solution operator deeponet Neural network
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不确定性下Bayes-DeepONet旋转机械故障报警方法研究 被引量:1
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作者 赵慧君 姜孝谟 王志成 《风机技术》 2023年第6期54-59,共6页
深度学习方法在旋转机械故障诊断中得到广泛应用,但现有的方法很少考虑数据和模型不确定性对诊断结果的影响,以致于实际应用中模型的泛化能力不足,精度无法保证。本文基于Dropout的近似变分推理与深度算子神经网络(DeepONet)模型无缝对... 深度学习方法在旋转机械故障诊断中得到广泛应用,但现有的方法很少考虑数据和模型不确定性对诊断结果的影响,以致于实际应用中模型的泛化能力不足,精度无法保证。本文基于Dropout的近似变分推理与深度算子神经网络(DeepONet)模型无缝对接,提出一种基于不确定性下贝叶斯DeepONet模型的旋转机械故障预警新模型。使用大型压缩机案例,进行了方法验证,结果表明:考虑数据和模型的不确定性,所提方法具有非常高的准确性,实现对机组运行状态的实时监测和精准预警。 展开更多
关键词 不确定性 旋转机械 贝叶斯 deeponet 故障预警
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基于神经网络的雷达探测距离换算研究
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作者 王俊一 杨子晨 《舰船电子工程》 2025年第8期89-93,162,共6页
在虚警概率P_(f)不变,检测概率Pd可变的条件下,对Marcum和Swerling Ⅰ~Ⅳ五种目标模型的雷达距离转换问题进行了系统研究。首先通过雷达方程计算不同目标的距离换算系数,而后对五种目标的Pd=f(SNR,N)公式进行离散化采样、处理得出训练... 在虚警概率P_(f)不变,检测概率Pd可变的条件下,对Marcum和Swerling Ⅰ~Ⅳ五种目标模型的雷达距离转换问题进行了系统研究。首先通过雷达方程计算不同目标的距离换算系数,而后对五种目标的Pd=f(SNR,N)公式进行离散化采样、处理得出训练数据集,最后使用MLP和基于DeepONet改进的MLP来拟合前五项与换算系数的关系。拟合后得出的神经网络模型,在脉冲次数N为0~150情况下,其标准化L2的loss值低于0.004。对通用的MLP进行一定的改进,可以提高其拟合性能,且神经网络在此数据集上的拟合效果满足实际工程中对探测距离估算精度的要求。 展开更多
关键词 雷达目标模型 探测距离 MLP deeponet
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基于数据-机理驱动的焊接温度场实时重建
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作者 焦文华 常英杰 董鑫源 《机电工程技术》 2025年第12期33-39,128,共8页
焊接温度场的实时精确重建是提升焊接质量的核心挑战。传统有限元模拟面临计算效率低、动态适应性不足的问题,而纯数据驱动深度学习模型存在物理约束缺失的缺陷。提出一种融合传热机理与深度学习的焊接温度场实时重建方法,通过多技术协... 焊接温度场的实时精确重建是提升焊接质量的核心挑战。传统有限元模拟面临计算效率低、动态适应性不足的问题,而纯数据驱动深度学习模型存在物理约束缺失的缺陷。提出一种融合传热机理与深度学习的焊接温度场实时重建方法,通过多技术协同实现了温度场的高效建模与动态优化。研究基于脉冲气体钨极电弧焊(GTAW-P)的传热机理,利用Abaqus有限元软件生成包含焊接参数的温度场数据集通过图像处理技术从实时熔池图像中提取表面宽度,利用长短期记忆模型(LSTM)建立熔宽与热源参数的动态映射关系,实现热源参数的实时预测。进一步引入DeepONet神经算子模型,通过双网络架构求解热传导偏微分方程(PDEs),并利用自动编码器(AE)对高维数据降维,提升模型训练效率与泛化能力。实验结果表明,所提方法在热源参数预测中均方根误差(RMSE)低于0.11,温度场重建平均绝对误差(MAE)为1.096 K,推理时间仅0.11 ms,较传统有限元方法更接近实时计算。该方法突破了传统数值模拟的计算瓶颈,建立了数据驱动与物理约束相融合的温度场建模框架,为焊接工艺的实时优化提供了新范式。 展开更多
关键词 焊接温度场 deeponet神经算子 LSTM 物理信息深度学习
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基于深度算子网络的电磁轨道发射速度趋肤效应的快速计算方法 被引量:2
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作者 魏蓉 陈锦培 仲林林 《电工技术学报》 北大核心 2025年第5期1344-1354,共11页
速度趋肤效应是影响电磁轨道发射性能的重要因素,数值计算是研究速度趋肤效应的重要手段。然而,基于有限差分法、有限元法和有限体积法的传统数值算法,难以满足电磁轨道发射实时模拟和数字孪生场景下对速度趋肤效应的快速计算需求。为此... 速度趋肤效应是影响电磁轨道发射性能的重要因素,数值计算是研究速度趋肤效应的重要手段。然而,基于有限差分法、有限元法和有限体积法的传统数值算法,难以满足电磁轨道发射实时模拟和数字孪生场景下对速度趋肤效应的快速计算需求。为此,该文提出一种基于深度算子网络(DeepONet)的电磁轨道发射速度趋肤效应快速计算方法。首先,基于传统有限元法求解获得不同速度和电流条件下轨道区域内的磁感应强度,构建训练数据集;其次,构建非堆叠型深度算子网络,包含分支网络和主干网络,分别用于对变化参数和时空坐标进行编码,并将电枢和导轨的磁感应强度数据输入网络中进行训练;最后,通过对比不同速度和电流条件下有限元法和深度算子网络获得的结果,验证深度算子网络方法的有效性。算例实验结果表明,以有限元法的结果为基准,基于深度算子网络的电磁轨道发射模型在训练条件区间内的相对L2误差为0.43%,在训练条件区间外的相对L2误差为0.74%,平均预测时长为0.865s,验证了所提方法的准确性和实时性。 展开更多
关键词 电磁轨道发射 速度趋肤效应 深度算子网络 数据驱动
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基于深度算子神经网络的翼型失速颤振预测 被引量:3
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作者 席梓严 戴玉婷 +1 位作者 黄广靖 杨超 《力学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第3期626-634,共9页
失速颤振是弹性结构大幅俯仰振动与动态失速气动力耦合所发生的一种单自由度失稳现象,需有效预测其失稳分岔速度与失稳后的极限环振荡幅值.针对NACA0012翼型大幅俯仰运动气动力预测问题,发展了由嵌入门限循环单元或长短时记忆神经网络... 失速颤振是弹性结构大幅俯仰振动与动态失速气动力耦合所发生的一种单自由度失稳现象,需有效预测其失稳分岔速度与失稳后的极限环振荡幅值.针对NACA0012翼型大幅俯仰运动气动力预测问题,发展了由嵌入门限循环单元或长短时记忆神经网络单元的分支网络(branch net)和主干网络(trunk net)组成的深度算子神经网络(deep operator network, DeepONet)结构.通过给定大幅俯仰运动下的动态失速CFD气动力数据对深度算子神经网络参数进行训练,建立了高精度动态失速气动力的数据驱动模型,并有效预测其他俯仰运动下的非定常气动力.更进一步,将基于深度算子神经网络的非定常气动力数据驱动模型与结构动力学方程耦合,采用数值积分方法预测失速颤振的失稳分岔速度和不同速度下的极限环振荡特性.结果表明,在动态失速气动力预测精度方面,与普通循环神经网络相比,深度算子神经网络通过引入主干网络结构,可考虑运动与气动力间的迟滞特性,气动力预测平均绝对误差降低2%,误差分散性更低;在失速颤振预测方面,极限环振荡幅值误差在2%以内,增加来流速度输入的深度算子神经网络模型预测误差显著小于固定速度输入的算子模型. 展开更多
关键词 失速颤振 深度算子神经网络 动态失速 非定常气动力 神经网络
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基于物理信息神经网络的短间隙流注放电模拟 被引量:4
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作者 彭长志 董旭柱 +3 位作者 阮江军 裴学凯 张琛 邓永清 《高压电器》 CAS CSCD 北大核心 2023年第9期90-97,共8页
流注放电物理过程可由相互耦合的泊松方程和对流扩散方程描述,是涉及电磁学和流体动力学的多物理场问题。针对瞬态流注放电计算量大的问题,本研究提出了一种基于物理信息融合神经网络的流注放电高效求解模型,该模型相对传统的数值求解... 流注放电物理过程可由相互耦合的泊松方程和对流扩散方程描述,是涉及电磁学和流体动力学的多物理场问题。针对瞬态流注放电计算量大的问题,本研究提出了一种基于物理信息融合神经网络的流注放电高效求解模型,该模型相对传统的数值求解算法可大幅提高模型的求解效率。首先,基于二维泊松方程的解析解形式,获取了大量二维随机分布空间电荷的电场分布。利用电荷分布与电场分布的对应关系,作为泊松算子物理神经网络的训练集,得到预训练的泊松方程神经网络求解算子。随后,基于二维有限元求解器获取了不同边界条件下考虑等离子体化学反应的粒子对流—扩散的求解结果,将其作为用于预训练对流扩散物理信息神经网络的训练集。最后,将预训练的泊松算子和流体算子进行连接,得到流注放电求解模型。本研究中用于生成预训练模型的神经网络结构为DeepONet,该网络能够良好的学习偏微分方程。它包含两层子网络,其中分枝网络用于输入物理场,主网络用于输入几何的空间位置。模拟结果表明,该神经网络在两类方程的学习中精度较高,相对误差小于5%。通过将两个预训练的神经网络算子迭代求解,可以复现流注放电的电子动态演变过程,且相对误差小于10%。 展开更多
关键词 流注放电 物理信息神经网络 deeponet算子 深度学习
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A comprehensive comparison study between Deep Operator networks neural network and long short-term memory for very short-term prediction of ship motion
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作者 Yong Zhao Jin-xiu Zhao +2 位作者 Zi-zhong Wang Si-nan Lu Li Zou 《Journal of Hydrodynamics》 CSCD 2024年第6期1167-1180,共14页
Very short-term prediction of ship motion is critically important in many scenarios such as carrier aircraft landings and marine engineering operations.This paper introduces the newly developed functional deep learnin... Very short-term prediction of ship motion is critically important in many scenarios such as carrier aircraft landings and marine engineering operations.This paper introduces the newly developed functional deep learning model,named as Deep Operator networks neural network(DeepOnet)to predict very short-term ship motion in waves.It takes wave height as input and predicts ship motion as output,employing a cause-to-effect prediction approach.The modeling data for this study is derived from publicly available experimental data at the Iowa Institute of Hydraulic Research.Initially,the tuning of the hyperparameters within the neural network system was conducted to identify the optimal parameter combination.Subsequently,the DeepOnet model for wave height and multi-degree-of-freedom motion was established,and the impact of increasing time steps on prediction accuracy was analyzed.Lastly,a comparative analysis was performed between the DeepOnet model and the classical time series model,long short-term memory(LSTM).It was observed that the DeepOnet model exhibited a tenfold improvement in accuracy for roll and heave motions.Furthermore,as the forecast duration increased,the advantage of the DeepOnet model showed a trend of strengthening.As a functional prediction model,DeepOnet offers a novel and promising tool for very short-term ship motion prediction. 展开更多
关键词 deeponet very short-term prediction hyperparameters tuning functional prediction model long short-term memory(LSTM)
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