Structural dynamics simulation using a novel physics-guided machine learning method

计算机科学 一般化 人工神经网络 人工智能 循环神经网络 机器学习 动力学仿真 实验数据 物理 数学 量子力学 统计 数学分析
作者
Yang Yu,Houpu Yao,Yongming Liu
出处
期刊:Engineering Applications of Artificial Intelligence [Elsevier BV]
卷期号:96: 103947-103947 被引量:85
标识
DOI:10.1016/j.engappai.2020.103947
摘要

Physics-guided machine learning (ML) is an emerging paradigm that combines both data-driven ML models and physics-based models together to fully take advantage of the data discovery ability of ML without losing the valuable physics/domain knowledge. This paper proposes a novel physics-guided ML method based on recurrent neural network (RNN) and multilayer perceptron (MLP) for structural dynamics simulation. The key idea is to integrate the underlying physics of structural dynamics into data-enabled ML models to ‘guide’ the training and prediction of ML models. First, structural dynamics formulation and the use of data-driven RNN and MLP for modeling dynamical systems are briefly reviewed, which leads to the development of the proposed physics-guided ML model. Physics-guided ML model contains physics-based layers to encode the known physics and data-driven layers to approximate the unknown relationships. Thus, the data-driven RNN and MLP are augmented with existing physics knowledge for better performance in simulations. Following this, several numerical case studies for structural dynamics are presented to demonstrate the proposed methodology. It is observed that: (1) compared with purely data-driven ML method, the proposed physics-guided ML method has better generalization ability and reduced training costs; (2) compared with physics-based modeling, the proposed method has improved computational efficiency and can handle partially unknown physics. Finally, conclusions and future works are presented based on the proposed study.

科研通智能强力驱动
Strongly Powered by AbleSci AI
科研通是完全免费的文献互助平台,具备全网最快的应助速度,最高的求助完成率。 对每一个文献求助,科研通都将尽心尽力,给求助人一个满意的交代。
实时播报
乖乖羊发布了新的文献求助10
1秒前
青己完成签到 ,获得积分10
1秒前
Lida发布了新的文献求助10
1秒前
刘宇静发布了新的文献求助10
1秒前
1秒前
Blessing发布了新的文献求助10
1秒前
wang完成签到,获得积分10
2秒前
YONG完成签到,获得积分10
2秒前
不发胖只发财完成签到,获得积分10
2秒前
风趣从霜完成签到,获得积分10
2秒前
传奇3应助谨慎初曼采纳,获得10
3秒前
拓力库海完成签到,获得积分10
3秒前
chengshu666发布了新的文献求助10
3秒前
鱼莫完成签到,获得积分10
4秒前
椰子完成签到,获得积分10
4秒前
liu发布了新的文献求助10
4秒前
何处1惹尘埃完成签到,获得积分10
5秒前
5秒前
Senna发布了新的文献求助10
5秒前
JiangSir完成签到,获得积分10
6秒前
害羞秋莲完成签到,获得积分10
6秒前
junc完成签到,获得积分10
6秒前
maizencrna完成签到,获得积分10
6秒前
大力怀绿完成签到,获得积分10
6秒前
6秒前
WLM完成签到,获得积分10
6秒前
KK完成签到,获得积分10
6秒前
7秒前
豨莶完成签到,获得积分10
8秒前
vivienne完成签到,获得积分10
8秒前
young发布了新的文献求助10
8秒前
8秒前
若冰完成签到,获得积分10
8秒前
8秒前
Acanyi完成签到,获得积分10
9秒前
领导范儿应助甜美的一瓢采纳,获得10
9秒前
历史真相完成签到,获得积分10
9秒前
鱼莫发布了新的文献求助10
9秒前
huihui完成签到,获得积分10
9秒前
9秒前
高分求助中
Principles of Economics, 11th Edition 10000
Prescott's Microbiology: 2026 Release ISE 10000
University Physics with Modern Physics, 16th edition 10000
(应助此贴封号)【重要!!请各用户(尤其是新用户)详细阅读】【科研通的精品贴汇总】 10000
Environmental Leverage in Times of Climate Crisis: Product Standards, Carbon Border Measures and Preferential Trade Agreements 1000
Erwählung und Berufung bei Paulus: Bedeutung, Entwicklung und Funktion einer Vorstellung in ihrem frühjüdischen und griechisch-römischen Kontext 850
Matrix Methods in Data Mining and Pattern Recognition 510
热门求助领域 (近24小时)
化学 材料科学 医学 生物 纳米技术 工程类 有机化学 化学工程 生物化学 计算机科学 内科学 物理 复合材料 催化作用 细胞生物学 无机化学 光电子学 物理化学 电极 基因
热门帖子
关注 科研通微信公众号,转发送积分 7205873
求助须知:如何正确求助?哪些是违规求助? 8839459
关于积分的说明 18654598
捐赠科研通 6854152
什么是DOI,文献DOI怎么找? 3180801
关于科研通互助平台的介绍 2339666
邀请新用户注册赠送积分活动 2155142