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基于遗传算法的数据处理神经网络组方法导出的基于数据驱动键的周动力模型。 (英语) Zbl 07769290号

小结:在基于键的周向动力学运动控制方程中,物质点的加速度可以看作是水平面上物质点所有位移的响应函数,以及包含杨氏模量和长度尺度的微刚度。本研究首次开发了一种数据处理的成组方法(GMDH)神经网络,以基于测量数据显式推导基于离散键的周动力运动方程,而不是传统的复杂数学推导。为了更有效地发现最优结构,避免穷举搜索,将遗传算法引入到GMDH结构中。结果表明,GMDH模型的预测结果与训练和测试数据的实测值吻合良好。此外,导出的运动方程表示为杨氏模量和长度尺度组成的参数的乘积,以及地平线上物质点位移的线性组合,这与原始的基于键的周动力公式一致。此外,还进行了与弹性变形和裂纹问题相关的数值基准测试,并与解析解或有限元分析结果进行了比较,以验证该模型的有效性和可行性。
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参考文献:

[1] SillingSA。对不连续性和远程力的弹性理论进行了改革。机械物理固体杂志。2000年;48(1):175‐209. doi:10.1016/S0022‐5096(99)00029‐0·Zbl 0970.74030号
[2] SillingSA,AskariE。基于固体力学周动力模型的无网格方法。计算结构。2005;83(17-18):1526‐1535. doi:10.1016/j.compstruc.2004.11.026
[3] 周XP,YuXL。线性弹性固体中裂纹萌生和扩展的矢量形式共轭剪切键基周动力模型。工程分形力学。2021;256:107944. doi:10.1016/j.engfracmech.2021.107944
[4] 梁X、王莉、徐杰、王杰。周动力学的边界元法。国际数字方法工程杂志2021;122(20):5558‐5593. doi:10.1002/nme.6764
[5] HuW、HaYD、BobaruF。单向纤维增强复合材料动态断裂的周向动力学模型。计算方法应用机械工程2012;217:247‐261. doi:10.1016/j.cma.2012.01.016·Zbl 1253.74008号
[6] ChengZ、ZhangG、WangY、BobaruF。功能梯度材料动态断裂的周动力学模型。组成结构。2015;133:529‐546. doi:10.1016/j.com.pstruct.2015年7月47日
[7] AhmadiM、Hosseini‐ToudeshkyH、SadighiM。双相材料塑性变形的准动态细观力学模型和渐进损伤预测。工程分形力学。2020;235:107179. doi:10.1016/j.engfracmech.2020.107179
[8] 张涛、周世平、钱庆华。具有剪切变形的OSB‐PD理论框架中的Drucker‐Prager塑性模型。工程计算。2021.文件编号:10.1007/s00366‐021‐01527‐z
[9] 陈伟、顾X、张Q、夏X。改进的热力-机械全耦合周动力学,应用于混凝土开裂。工程分形力学。2021;242:107463. doi:10.1016/j.engfracmech.2020.107463
[10] 王毅、周旭、库姆。基于热力学键的耦合周动力学,用于模拟岩石中的热开裂。国际J分形。2018;211(1-2):13‐42. doi:10.1007/s10704‐018‐0273‐z
[11] 周X、姚武、贝托夫。针对超大变形和开裂问题的平滑周动力学:周动力学和平滑粒子流体动力学的统一。疲劳断裂工程材料结构。2021;44(9):2444‐2461. doi:10.1111/ffe.13523
[12] BodeT、WeißenfelsC、WriggersP。可压缩和不可压缩有限变形的混合周动力学公式。计算力学。2020;65(5):1365‐1376. doi:10.1007/s00466‐020‐01824‐2·兹比尔1465.74015
[13] SillingSA、EptonM、WecknerO、XuJ、AskariE。准动态和本构建模。J弹性。2007;88(2):151‐184. doi:10.1007/s10659‐007‐9125‐1·Zbl 1120.74003号
[14] 王B、谢丽、宋杰、赵B、李C、赵Z。变幅载荷下弯曲疲劳裂纹扩展的人工神经网络预测。国际疲劳杂志。2021;142:105886. doi:10.1016/j.ijfatigue.2020.105886
[15] MardanshahiA、NasirV、KazemiradS、ShokriehMM。使用导波传播和人工神经网络检测和分类层压复合材料中的基体裂纹。组成结构。2020;246:112403. doi:10.1016/j.compstruct.2020.112403
[16] GopeD、GopePC、ThakurA、YadavA。人工神经网络在多裂纹几何形状裂纹扩展方向预测中的应用。应用软计算。2015;30:514‐528. doi:10.1016/j.asoc.2015.02.003
[17] 王毅、张X、刘XS。岩石断裂力学问题的机器学习方法:I型断裂韧性测定。工程分形力学。2021;253:107890. doi:10.1016/j.engfracmech.2021.107890
[18] HasniH、AlaviAH、JiaoP、LajnefN。钢桥梁疲劳裂纹检测:支持向量机方法。Arch Civ Mech Eng.2017;17(3):609‐622. doi:10.1016/j.acme.2016.11.005
[19] YanH、ZhangJ、ZhounN、LiB、WangY。通过综合元启发式和机器学习算法预测SC-CO2压裂的裂缝起始压力。工程分形力学。2021;249:107750. doi:10.1016/j.engfracmech.2021.107750
[20] IvakhnenkoAG,穆勒JA。自组织模型在股市预测和分析中的最新发展。微电子可靠性。1997;37:1053‐1072.
[21] ShaghaghiS、BonakdariH、GholamiA、Ebthaji、ZeinolabediniM。基于遗传算法和粒子群优化的GMDH神经网络在稳定信道设计中的比较分析。应用数学计算。2017;313:271‐286. doi:10.1016/j.amc.2017.06.012
[22] MadandoustR、GhavidelR、Nariman‐ZadehN。使用UPV预测混凝土抗压强度的广义GMDH型神经网络的进化设计。计算机材料科学。2010;49(3):556‐567. doi:10.1016/j.commatsci.2010.05.050
[23] Nariman‐zadehN、DarvizehA、DarvizehM、GharababaeiH。使用GMDH型神经网络和奇异值分解对板材爆炸切割过程进行建模。材料加工技术杂志。2002;128(1-3):80‐87. doi:10.1016/S0924‐0136(02)00264‐9
[24] 佩德里奇·奥斯克。自组织多项式神经网络的设计。信息科学。2002;141(3-4):237‐258. doi:10.1016/S0020‐0255(02)00175‐5·Zbl 1008.68098号
[25] 莫罗兹·斯特帕什科夫。求解归纳建模任务的混合搜索GMDH‐GA算法。2016年IEEE第一届数据流挖掘与处理国际会议(DSMP)论文集;2016:350‐355. doi:10.1109/DSMP.2016.7583574
[26] ElbazK、ShenSL、Zhou A、YinZY、LyuHM。通过将遗传算法并入GMDH型神经网络,用人工智能预测盾构掘进过程中的圆盘刀具寿命。工程。2021;7(2):238‐251. doi:10.1016/j.eng.2020.02.016
[27] PangG、D'EliaM、ParksM、KarniadakisGE。nPINNs:参数化非局部普适拉普拉斯算子的非局部物理信息神经网络。算法和应用程序。计算物理杂志。2020;422:109760. doi:10.1016/j.jcp.2020.109760·Zbl 07508384号
[28] Nguyen‐ThanhVM、AnitescuC、AlajlanN、RabczukT、ZhangX。考虑应变梯度效应的弹性力学参数深能量方法。计算方法应用机械工程2021;386:114096. doi:10.1016/j.cma.2012.114096文件·Zbl 1507.74571号
[29] 周晓霞、韩杰、肖赫。用神经网络学习非局部本构模型。计算方法应用机械工程2021;384:113927. doi:10.1016/j.cma.2021.113927·Zbl 1506.76003号
[30] KarapiperisK、OrtizM、AndradeJE。数据驱动的非局部力学:发现材料的内部长度尺度。计算方法应用机械工程2021;386:114039. doi:10.1016/j.cma.2021.114039·Zbl 1507.74047号
[31] YouH、YuY、SillingS、D'EliaM。用于放大分子动力学的数据驱动的周动力学连续体模型。计算方法应用机械工程2022;389:114400. doi:10.1016/j.cma.2021.114400·Zbl 1507.74061号
[32] YouH、YuY、TraskN、Gulian、D'EliaM。从高保真合成数据中进行数据驱动的非局部物理学习。计算方法应用机械工程2021;374:113553. doi:10.1016/j.cma.2020.113553·Zbl 1506.74505号
[33] XuX、D'EliaM、Foster JT。具有物理约束的周动力材料模型的机器学习框架。计算方法应用机械工程2021;386:114062. doi:10.1016/j.cma.2021.114062·Zbl 1507.74060号
[34] MadenciE,OterkusE。周动力理论及其应用。施普林格;2014年·Zbl 1295.74001号
[35] SillingSA,LehoucqRB。固体力学的周动力理论。高级应用机械。2010;44:73-168。doi:10.1016/S0065‐2156(10)44002‐8
[36] KoopalipoorM、NikoueiSS、MartoA、FahimifarA、Jahed ArmaghaniD、MohamadET。通过基于数据处理分组方法的新模型预测隧道掘进机性能。牛工程地质环境。2019;78(5):3799‐3813. doi:10.1007/s10064‐018‐1349‐8
[37] Beheshti NezhadH、MiriM、GhasemiMR。用于结构可靠性分析的新的基于神经网络的响应面方法。神经计算应用。2019;31(3):777‐791. doi:10.1007/s00521‐017‐3109‐2
[38] 绞合线。线性代数导论。第五版Wellesley‐Cambridge出版社;2016. ·Zbl 1351.15002号
[39] 荷兰JH。自然和人工系统中的适应:生物学、控制和人工智能应用的介绍性分析。IEEE;1975. ·Zbl 0317.68006号
[40] 惠特利D。遗传算法教程。统计计算。1994;4(2):65‐85. doi:10.1007/BF00175354
[41] HarandizadehH,ArmaghaniDJ。使用由GA.Appl Soft Compute优化的ANFIS‐PNN模型预测爆破引起的空气超压。2021;99:106904. doi:10.1016/j.asoc.2020.106904
[42] DodangehE、PanahiM、RezaieF等。洪水敏感性预测的新型混合智能模型:利用遗传算法和协调搜索对GMDH和SVR模型进行元优化。水解J。2020;590:125423. doi:10.1016/j.jhydrol.2020.125423
[43] XuS、BiW、ZhangA、MaoZ。利用遗传算法优化飞行试验任务分配和排序。应用软计算。2022;115:108241. doi:10.1016/j.asoc.2021.108241
[44] SobeyA WangZZ。综合优化中使用的遗传算法与进化计算中最新技术的比较综述。复合结构。2020;233:111739. doi:10.1016/j.compstruct.2019.111739
[45] 黛比。一种有效的遗传算法约束处理方法。计算方法应用机械工程2000;186(2-4):311‐338. doi:10.1016/S0045‐7825(99)00389‐8·Zbl 1028.90533号
[46] GuptaRK,BhuniaAK,RoyD。一种基于遗传算法的惩罚函数技术,用于解决具有部件区间值可靠性的串联系统的约束冗余分配问题。J计算应用数学。2009;232(2):275‐284. doi:10.1016/j.cam.2009.06.008·Zbl 1180.90199号
[47] BobaruF,LeQV。弹性力学和断裂力学模型的表面修正。计算力学。2018;61(4):499‐518. doi:10.1007/s00466‐017‐1469‐1·Zbl 1446.74084号
[48] SunY、EdwardsMG、ChenB、LiC。裂纹分支的最新综述。工程分形力学。2021;257:108036. doi:10.1016/j.engfracmech.2021.108036
[49] SongJH、AreiasPMA、BelytschkoT。一种具有虚拟节点的动态裂纹和剪切带扩展方法。国际数值方法工程杂志2006;67(6):868‐893. doi:10.1002/nme.1652·兹比尔1113.74078
[50] 博巴鲁·哈伊德。动态脆性断裂特征由周动力学捕获。工程分形力学。2011;78(6):1156-1168。doi:10.1016/j.engfracmech.2010.11.020
[51] 拉维·钱达尔克,克瑙斯工作组。动态断裂的实验研究:II。微观结构方面。国际J分形。1984;26(1):65‐80. doi:10.1007/BF01152313
[52] 博巴鲁·哈伊德。用周动力学研究动态裂纹扩展和裂纹分支。国际J分形。2010;162(1-2):229‐244. doi:10.1007/s10704‐010‐9442‐4·Zbl 1425.74416号
[53] 拉维·钱达尔克,克瑙斯工作组。动态断裂的实验研究:III.关于稳态裂纹扩展和裂纹分支。国际J分形。1984;26(2):141‐154. doi:10.1007/BF01157550
[54] Liu S、Fang G、LiangJ、LvD。二维动态裂纹扩展和分支问题的XFEM/周动力学耦合模型。理论或应用分形力学。2020;108:102573. doi:10.1016/j.tafmec.202.012573
[55] 周X、王毅、钱奇。使用扩展的基于非普通状态的周动力学对动态载荷下脆性材料的裂纹弯曲和分支进行数值模拟。Eur J Mech A固体。2016;60:277‐299. doi:10.1016/j.euromechsol.2016.08.009·Zbl 1406.74621号
[56] RenH、ZangX、CaiY、RabczukT。双层位周动力。国际J数字方法工程2016;108(12):1451‐1476. doi:10.1002/nmE5257
[57] GuX、ZhangQ、XiaX。基于Voronoi的周动力和裂纹分析以及自适应改进。国际J数字方法工程2017;112(13):2087-2109。doi:10.1002/nme.5596
[58] BobaruF,Zhang。为什么裂缝会分叉?动态脆性断裂的动力学研究。国际J分形。2015;196(1-2):59‐98. doi:10.1007/s10704‐015‐0056‐8
[59] ChenZ、WoodyJJ、SuG、HuangX、LiS、ZhaiL。微模量函数对脆性材料中裂纹扩展和分支的周动力学模拟的影响。工程分形力学。2019;216:106498. doi:10.1016/j.engfracmech.2019.106498
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