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PINNs:用于Burgers和Navier-Stokes方程建模的物理信息神经网络

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简介:
本文介绍了利用物理信息神经网络(PINNs)对流体动力学中的Burgers方程及Navier-Stokes方程进行数值求解的方法,展示了其在复杂流动现象建模中的潜力。 人工神经网络利用SciANN构建物理信息神经网络来对Burgers方程和Navier-Stokes方程进行建模。

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  • PINNsBurgersNavier-Stokes
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    本文介绍了利用物理信息神经网络(PINNs)对流体动力学中的Burgers方程及Navier-Stokes方程进行数值求解的方法,展示了其在复杂流动现象建模中的潜力。 人工神经网络利用SciANN构建物理信息神经网络来对Burgers方程和Navier-Stokes方程进行建模。
  • 测试-PINNs:利解决PDE问题源代码
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    测试-PINNs项目旨在通过物理信息神经网络(PINNs)提供一套用于求解偏微分方程(PDEs)的开源代码,结合机器学习与物理学原理,为科研及工程应用提供高效解决方案。 测试PIN:使用物理信息神经网络求解PDE。我们将首先关注这一主题。
  • 传热过场代设计.pdf
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    本文介绍了基于物理信息神经网络设计传热过程物理场代理模型的方法,旨在提高复杂传热问题的模拟效率与准确性。通过结合物理学原理和数据驱动技术,该模型能够有效捕捉传热过程中的细微变化,为工程应用提供有力支持。 本篇论文主要探讨了利用物理信息神经网络(PINN)构建传热过程物理场代理模型的方法。PINN是一种基于深度学习的技术,能够通过建立结构化的深层神经网络体系来解决监督学习问题,并且可以结合描述自然规律的非线性偏微分方程组,如Navier-Stokes方程,在较少边界数据条件下进行训练。 文中选取了两个二维稳态导热的例子:一是具有内部热源的二维稳态导热模型,二是平板间对流传热模型。作者采用软边界和硬边界的设定方法建立PINN模型,并利用所得代理模型预测温度场的结果。研究结果表明,在硬边界条件下构建的PINN代理模型表现出更优的预测性能。 在实现过程中,文中详细描述了如何运用深度学习技术来创建结构化的深层神经网络体系,该体系可以捕捉物理定律并耦合非线性偏微分方程组。此外,作者还分析了不同边界条件设置对训练效果的影响,并对比了软边和硬边界的预测性能。 综上所述,本段落提出了一种基于PINN的传热过程物理场代理模型构建方法,该技术不仅解决了监督学习问题,还能结合非线性偏微分方程组。对于复杂传热现象的研究与模拟具有重要的实践价值。
  • PINNPDE偏微分Python代码.rar
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    这段资料包含了一个利用PINN(物理信息神经网络)来解决PDE(偏微分方程)问题的Python代码集,适用于研究和教学用途。 1. 版本:MATLAB 2014a、2019a 和 2024a 2. 提供案例数据,可以直接运行 MATLAB 程序。 3. 代码特点包括参数化编程,方便更改参数设置;编程思路清晰明了,并配有详细注释。 4. 适用于计算机科学、电子信息工程和数学等专业的大学生课程设计、期末作业及毕业设计。
  • 哈密顿
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    本研究提出了一种基于物理原理的哈密顿神经网络模型,该模型能够有效捕捉动力系统中的保守特性,适用于复杂系统的模拟与预测。 哈密顿神经网络是一种基于物理原理的神经网络方法。
  • MATLAB 2023a及更高版本:利PINN进行Burger复杂流动场数值拟研究,...
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    本文探讨了在MATLAB 2023a及其更新版本中,使用物理信息神经网络(PINN)技术对Burger方程及复杂流体动力学问题进行高效的多物理场数值仿真与分析的方法。通过结合机器学习算法和经典物理学原理,PINN能够准确预测和模拟非线性偏微分方程的解,为工程应用提供强大的工具支持。 本段落探讨了使用MATLAB 2023a及以上版本的物理信息神经网络(PINN)求解Burger方程及其他复杂偏微分方程问题的方法,并特别关注于L-BFGS优化器的应用。文章还涵盖了利用物理约束神经网络解决各类PDE,包括耦合问题的研究。 具体而言,本段落讨论了如何使用MATLAB 2023a及以上版本实现基于PINN的Burger方程求解算法以及其在计算力学、应用数学和数值模拟中的广泛应用。此外,文章还深入研究了物理约束神经网络(PINN)在解决复杂流动模型及其他相关问题时的应用,并重点关注如何克服传统方法中遇到的问题,如不收敛或精度低等。 涉及的研究领域包括但不限于: - 计算力学 - 应用数学 - 数值计算与数值模拟 - 固体力学、岩土力学及渗流力学 - 石油工程和矿业工程中的应用 - 多孔介质流动,例如在油藏数值模拟中使用的方法和技术。 - 断裂力学以及水力压裂技术的应用实例分析。 - 扩展有限元(XFEM)、嵌入式离散裂缝模型(EDFM)及离散裂缝网络(DFN)等方法的比较研究 - 相场法、近场动力学和物理知情神经网络在复杂问题中的应用。 此外,本段落还讨论了如何利用Comsol多场耦合技术解决热流固耦合等问题,并特别关注THM耦合的应用。通过这些分析,旨在为相关领域的研究人员提供一种新的思路来处理复杂的数值模拟任务及高阶、分数阶偏微分方程问题的求解方法。
  • (PINN)求解Burger——MATLAB实现及L-BFGS优化器应
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    本文介绍了利用物理信息神经网络(PINN)在MATLAB环境中求解Burgers方程的方法,并探讨了L-BFGS优化器的应用,展示了该方法的有效性和准确性。 物理信息神经网络(PINN)求解Burger方程的MATLAB实现代码适用于MATLAB 2023a及以上版本。该方法使用L-BFGS优化器来解决具有物理约束的偏微分方程(PDE),包括各类耦合问题,如计算力学、应用数学、数值模拟和固体力学等领域的复杂流动模型。 此外,PINN可以应用于岩土力学中的渗流力学及石油工程中的油藏数值模拟。在矿业工程中,它可以处理多孔介质流动与页岩气煤层气瓦斯开采等问题。对于断裂力学、水力压裂以及扩展有限元(XFEM)、嵌入式离散裂缝模型(EDFM)和离散裂缝网络(DFN),PINN同样适用。 物理信息神经网络在相场方法(PFM)、近场动力学(Peridynamics)等复杂问题中也有广泛应用。它能够解决多区域联合求解、高阶及分数阶问题,适用于热传导与复杂流体模型的模拟,并且可以处理德尔塔函数和硬编码等问题。
  • 单摆RBF
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    本项目开发了一种基于径向基函数(RBF)神经网络的模型,用于模拟和预测单摆系统的动态行为。通过MATLAB实现,该程序能够高效地捕捉单摆非线性特性和复杂运动规律,并应用于控制理论、机器人技术及机械工程等多个领域。 单摆RBF神经网络建模程序是一种用于模拟和预测单摆动态行为的计算工具,它结合了物理模型与机器学习技术。单摆在物理学中是一个经典的简谐振动系统,在工程、地球科学以及基础物理实验等领域有着广泛应用。 径向基函数(Radial Basis Function, RBF)神经网络具有强大的非线性拟合能力,常用于数据拟合、函数逼近和系统辨识等任务。RBF 神经网络由输入层、隐藏层和输出层组成:输入层接收单摆的初始条件;隐藏层包含多个RBF单元,每个单元使用径向基函数作为激活函数(如高斯函数),能够形成全局非线性的映射;输出层则提供单摆后续状态的预测。 在小角度假设下,单摆在物理上可以近似为简谐振动器。然而,在实际应用中,空气阻力、摩擦力和重力加速度变化等因素会使得其动态行为变得复杂且难以用简单的线性模型描述。RBF神经网络在此时能够发挥重要作用,因为它具有处理非线性问题的能力。 建模程序允许用户输入单摆的物理参数(如摆长、质量等)及其初始条件,并根据这些数据进行训练和预测。在训练阶段中,通过梯度下降法或其他优化算法来调整网络参数;而到了预测阶段,则利用经过训练的模型对未来时刻的状态做出估算。 该建模程序的应用范围广泛,在地震学领域可用于分析地震波传播特性;在结构动力学方面则可以评估建筑物受到风荷载或地震作用时产生的振动响应。此外,它还可以作为控制理论中控制器设计的基础工具之一,通过反馈控制来稳定单摆的运动状态。 综上所述,利用RBF神经网络对单摆非线性动态行为进行建模的技术具有重要的应用价值,并且可以通过这种方法更好地理解和控制此类系统的行为特征。同时也能进一步探索神经网络在其他物理系统的建模潜力。
  • CFD Python:探索Navier-Stokes12步指南
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    《CFD Python》是一本引导读者通过Python编程探索和解决Navier-Stokes方程问题的教程,分十二个步骤详细介绍计算流体动力学的核心概念与实践技巧。 遵循Navier-Stokes的12个步骤:用Python构建CFD解算器。此回购包含我在教授创建的交互式模块中使用Python构建简单CFD求解器的工作成果。我在个人网站上写了一篇简短的文章,介绍了该项目的背景知识,并展示了我在此过程中掌握的一些技能。该项目的主要目标是在Python中构建一个Navier-Stokes求解器,它将作为我今后所有CFD努力的基础。在这一过程中,我学到了很多东西,并且开始着手不仅完成本课程的任务,而且还自己动手实践。考虑到这一点,我还对我们在课程中创建的所有图进行了动画处理,以便您可以更好地了解模拟的时间历史演变。 此回购包括每节课的Jupyter笔记本,其结构与Barba教授的模块“12步骤到Navier Stokes”的结构相同。您可以在Lessons文件夹中找到这些课程的我自己的版本。
  • 优质
    构建神经网络模型是指设计和训练人工神经网络的过程,用于模拟人脑处理信息的方式,解决复杂的数据分析与预测问题。 神经网络算法的构建具有广泛的应用,并且内容详尽,包含实例分析,有助于数学建模。