پديد آورنده :
پريشان، رضا
عنوان :
استفاده از شبكه عصبي آگاه از فيزيك براي حل معادلات ديفرانسيل حاكم بر صفحات دو بعدي FGM
مقطع تحصيلي :
كارشناسي ارشد
محل تحصيل :
اصفهان : دانشگاه صنعتي اصفهان
توصيفگر ها :
شبكههاي عصبي آگاه از فيزيك , مواد با خواص متغير تابعي , يادگيري عميق , تحليل مستقيم و معكوس , ABAQUS
تاريخ ورود اطلاعات :
1404/09/08
رشته تحصيلي :
مهندسي عمران
تاريخ ويرايش اطلاعات :
1404/09/08
چكيده فارسي :
مواد با خواص متغير تابعي به دليل تغيير تدريجي ويژگيهاي مكانيكي در يك يا چند راستاي فضايي، نسبت به مواد همگن عملكرد مكانيكي و حرارتي بهتري دارند. تحليل دقيق اين مواد به دليل وابستگي خواص به مكان و پيچيدگي روابط حاكم، همواره چالشبرانگيز بوده است. در سالهاي اخير، شبكههاي عصبي آگاه از فيزيك با تركيب قوانين فيزيك و قابليت يادگيري عميق، بهعنوان رويكردي نوين براي حل مستقيم و معكوس معادلات ديفرانسيل جزئي معرفي شدهاند و چشمانداز تازهاي در تحليل مسائل مهندسي گشودهاند.
در اين پژوهش، يك چارچوب هوشمند مبتني بر شبكههاي عصبي آگاه از فيزيك براي تحليل تيرها و صفحات دوبعدي مواد با خواص متغير تابعي توسعه يافته است. ابتدا مدلهاي رياضي حاكم بر رفتار مكانيكي تير و صفحه، با در نظر گرفتن توزيع مكاني مدول الاستيسيته و ساير خواص ماده، بسط داده شدهاند. سپس از شبكههاي عصبي آگاه از فيزيك براي حل مستقيم پاسخ سازه و حل معكوس بهمنظور شناسايي گراديان ماده استفاده گرديده است.
اعتبارسنجي روش پيشنهادي از طريق مقايسه نتايج تحليل تير با حلهاي عددي مرجع و مقايسه پاسخ صفحات دوبعدي با نتايج شبيهسازي نرمافزار ABAQUS انجام شده است. همچنين، براي بررسي نهايي صحت مدل مثالهايي از مراجع معتبر انتخاب شدهاند. نتايج بيانگر دقت بالا و توانمندي روش توسعهيافته در تحليل رفتار مكانيكي سازههاي ساختهشده از مواد با خواص متغير تابعي و شناسايي گراديان ماده، بدون نياز به دادههاي آزمايشگاهي گسترده ميباشد. اين نتايج نشان ميدهند كه شبكههاي عصبي آگاه از فيزيك ميتواند جايگزيني كارآمد براي روشهاي عددي سنتي در تحليل مواد با خواص متغير باشد.
چكيده انگليسي :
Functionally Graded Materials (FGMs), due to their gradual variation of mechanical properties in one or more spatial directions, exhibit superior mechanical and thermal performance compared to homogeneous materials. Accurate analysis of these materials has always been challenging because their properties depend on spatial position and the governing relations are complex. In recent years, Physics-Informed Neural Networks (PINNs), which integrate physical laws with deep learning capabilities, have emerged as a novel approach for solving both forward and inverse Partial Differential Equations (PDEs), offering a new perspective in engineering analysis. In this research, an intelligent framework based on Physics-Informed Neural Networks is developed for analyzing beams and two-dimensional plates made of Functionally Graded Materials. First, the governing mathematical models of the mechanical behavior of the beam and plate are formulated by considering the spatial distribution of the elastic modulus and other material properties. Then, PINNs are employed for the forward analysis to predict the structural response and for the inverse analysis to identify the material gradient. The proposed method is validated by comparing the beam analysis results with benchmark numerical solutions and the plate responses with ABAQUS simulation results. Furthermore, additional examples from reliable references are used to confirm the accuracy of the developed model. The results demonstrate the high accuracy and strong capability of the proposed approach in analyzing the mechanical behavior of structures made of Functionally Graded Materials and identifying the material gradient without the need for extensive experimental data. These findings indicate that Physics-Informed Neural Networks can serve as an efficient alternative to traditional numerical methods for the analysis of materials with spatially varying properties.
استاد راهنما :
بيژن برومند قهنويه , بشير موحديان عطار
استاد داور :
مهدي زندي آتشبار , رضا عبدالهي