• شماره مدرك
    21211
  • شماره راهنما
    2512 دكتري
  • پديد آورنده

    قمصري اصفهاني، صادق

  • عنوان

    تحليل مسائل پوآسون، هلمهولتز، لاپلاس موهومي و الاستيسيته‌ي خطي و غيرخطي با معرفي دو رويكرد ارتقا يافته از روش شبكه‌هاي عصبي آگاه به فيزيك

  • مقطع تحصيلي
    دكتري
  • گرايش تحصيلي
    سازه
  • محل تحصيل
    اصفهان : دانشگاه صنعتي اصفهان
  • سال دفاع
    1404
  • صفحه شمار
    ده، 177 ص.
  • توصيفگر ها

    يادگيري ماشين , شبكه‌ي عصبي آگاه به فيزيك با توابع پايه‌نمايي , شبكه‌ي عصبي آگاه به فيزيك با ارضاي دقيق شرايط مرزي , دامنه با مرزهاي شامل تكينگي , ارضاي دقيق شرايط مرزي , روش دامنه , مسئله‌ي پوآسون , مسئله‌ي لاپلاس با پاسخ موهومي , مسئله‌ي الاستيسيته

  • تاريخ ورود اطلاعات
    1405/06/03
  • كتابنامه
    كتابنامه
  • رشته تحصيلي
    مهندسي عمران
  • دانشكده
    مهندسي عمران
  • تاريخ ويرايش اطلاعات
    1405/06/03
  • كد ايرانداك
    23244130
  • چكيده فارسي
    امروزه استفاده از هوش مصنوعي و مدل‌هاي يادگيري ماشين در زمينه‌هاي مختلف مورد توجه قرار گرفته است و مزاياي استفاده از اين مدل‌ها بر هيچ كس پوشيده نيست. با اين حال، مدل‌هاي شبكه‌ي عصبي عميق در حل معادلات ديفرانسيل، به خصوص معادلات حاكم در علم مكانيك جامدات، تنها در چند سال اخير توسعه داده شده است. به اين مدل‌ها، شبكه‌هاي عصبي آگاه به فيزيك يا شبكه‌هاي عصبي فيزيك آگاه گفته مي‌شود. از مهم‌ترين ويژگي‌هاي شبكه‌هاي عصبي آگاه به فيزيك مي‌توان به امكان حل معادلات غيرخطي پيچيده (طريقه‌ي فرمول‌بندي يكسان براي حل معادلات خطي و غير خطي)، استفاده‌ي آسان از توابع با پيچيدگي‌هاي مختلف براي حل، توانايي ذخيره‌سازي نتايج يك يا چند مسئله براي مسئله‌هاي ديگر و امكان پياده‌سازي آسان انواع مسئله‌هاي معكوس اشاره كرد. هدف اصلي در اين پژوهش، توسعه‌ي شبكه‌هاي عصبي آگاه به فيزيك با معماري‌هاي جديد براي ايجاد مدل‌هاي بهتر در مقايسه با مدل‌هاي مرسوم به منظور حل معادلات است. به همين منظور، شبكه‌هاي عصبي آگاه به فيزيك مرسوم و پارامترهاي تاثيرگذار بر آن‌ها بررسي مي‌شود. سپس، توابع پايه‌نمايي در بستر معماري شبكه‌‌هاي عصبي آگاه به فيزيك استفاده مي‌شود. در اين شبكه‌ها، از توابع ‌پايه‌نمايي با ضرايب و توان‌هاي مجهول براي حل معادلات ديفرانسيل استفاده شده است. هدف در اينجا، حذف روند تخمين و پيش‌بيني توان‌هاي اين توابع است كه در روش‌هاي كلاسيك مانند ترفتز انجام مي‌شد. مسائل لاپلاس با پاسخ موهومي، هلمهوتز و پوآسون از جمله مسائلي هستند كه با استفاده از اين روش حل شده‌اند. هدف بعدي در اين رساله، ارائه‌ي يك راهكار نوآورانه جهت برطرف كردن ايراد روش‌هاي مرسوم شبكه عصبي آگاه به فيزيك در ارضاي شرايط مرزي است. به همين منظور، شبكه‌هاي عصبي آگاه به فيزيك با ارضاي دقيق شرايط مرزي (روش دامنه) براي حل طيف گسترده‌اي از مسائل ارائه مي‌شود. سپس، نتايج با پاسخ حاصل از روش شبكه‌هاي عصبي آگاه به فيزيك مرسوم مقايسه مي‌شود. در اين مرحله، مسائل پوآسون و الاستيسيته‌ي داراي نقاط تكينگي براي حل انتخاب شده‌اند كه مدل‌هاي آگاه به فيزيك كلاسيك در حل آن‌ها عاجز هستند. استفاده از روش حل مسائل با استفاده از شبكه‌هاي عصبي آگاه به فيزيك كه به تازگي توسعه يافته و مشابه آن كمتر ديده شده است، مي‌تواند در توسعه‌ي ايده‌هاي مختلف بسيار موثر باشد.
  • چكيده انگليسي
    In recent years, the application of artificial intelligence an‎d machine learning models across various fields has attracted considerable attention, an‎d the advantages of employing these models are well established. However, the application of deep neural netwo‎rk models fo‎r solving differential equations, particularly those governing problems in solid mechanics, is a relatively recent development. These models are known as Physics-Info‎rmed Neural Netwo‎rks (PINNs). Among the most impo‎rtant features of PINNs are their ability to solve complex nonlinear equations using a unified fo‎rmulation fo‎r both linear an‎d nonlinear problems, their flexibility in employing functions with different levels of complexity, their capability to retain an‎d transfer info‎rmation learned from one o‎r multiple problems to other problems, an‎d their straightfo‎rward implementation fo‎r a wide range of inverse problems. The primary objective of this research is to develop novel PINN architectures in o‎rder to obtain improved models compared with conventional approaches fo‎r solving differential equations. To this end, conventional PINNs an‎d their hyperparameters are first investigated. Subsequently, exponential basis functions are inco‎rpo‎rated within the PINN architecture. In the proposed netwo‎rks, exponential basis functions with trainable coefficients an‎d exponents are employed to solve differential equations. The objective is to eliminate the need to estimate o‎r anticipate the exponents of these functions, as is required in conventional approaches like Trefftz method. Laplace problems with imaginary solutions, Helmholtz problems, an‎d Poisson problems are among the problems solved using the proposed approach. The next objective of this thesis is to propose an innovative approach to address the limitations of conventional PINNs in satisfying boundary conditions. Fo‎r this purpose, PINNs with exact boundary-condition satisfaction, referred to as the domain method, are developed fo‎r solving a broad range of problems. The results are then compared with those obtained using conventional PINNs. At this stage, Poisson an‎d elasticity problems involving singular points are selec‎ted fo‎r investigation, fo‎r which conventional PINNs encounter significant difficulties in obtaining accurate solutions. The use of recently developed PINNs with novel architectures, fo‎r which relatively few similar studies have been repo‎rted, can provide an effective framewo‎rk fo‎r further methodological development an‎d the explo‎ration of new ideas in this field.
  • استاد راهنما
    بشير موحديان عطار , سعيد صرامي
  • استاد مشاور
    مجتبي ازهري , بيژن برومند قهنويه
  • استاد داور
    محمد مشايخي , رضا عبدالهي , مهدي زندي آتشبار