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