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基于深度学习的水下爆炸冲击响应谱求解器

王爽 吕峰 马峰 陈思 朱炜 韩峰 黄沁怡

王爽, 吕峰, 马峰, 等. 基于深度学习的水下爆炸冲击响应谱求解器[J]. 水下无人系统学报, 2025, 33(3): 545-551 doi: 10.11993/j.issn.2096-3920.2024-0144
引用本文: 王爽, 吕峰, 马峰, 等. 基于深度学习的水下爆炸冲击响应谱求解器[J]. 水下无人系统学报, 2025, 33(3): 545-551 doi: 10.11993/j.issn.2096-3920.2024-0144
WANG Shuang, LÜ Feng, MA Feng, CHEN Si, ZHU Wei, HAN Feng, HUANG Qinyi. A Deep Learning-Based Solver for Underwater Explosion Shock Response Spectrum[J]. Journal of Unmanned Undersea Systems, 2025, 33(3): 545-551. doi: 10.11993/j.issn.2096-3920.2024-0144
Citation: WANG Shuang, LÜ Feng, MA Feng, CHEN Si, ZHU Wei, HAN Feng, HUANG Qinyi. A Deep Learning-Based Solver for Underwater Explosion Shock Response Spectrum[J]. Journal of Unmanned Undersea Systems, 2025, 33(3): 545-551. doi: 10.11993/j.issn.2096-3920.2024-0144

基于深度学习的水下爆炸冲击响应谱求解器

doi: 10.11993/j.issn.2096-3920.2024-0144
基金项目: 国家自然基金重点项目资助(U20A2071); 爆炸科学与安全防护全国重点实验室自主课题重点项目(ZDKT24-01).
详细信息
    作者简介:

    王爽:王 爽(1995-), 男, 在读博士, 主要研究方向为水中爆炸、冲击毁伤等

    通讯作者:

    马 峰(1973-), 男, 教授, 博士生导师, 主要研究方向为水中爆炸、冲击毁伤等.

  • 中图分类号: TJ630; U674.7

A Deep Learning-Based Solver for Underwater Explosion Shock Response Spectrum

  • 摘要: 船舶冲击响应具有短时性和复杂性, 通常使用冲击响应谱(SRS)作为其分析工具。为克服传统SRS求解方法存在的计算速度与精度之间的矛盾, 文中提出一种基于深度学习的SRS快速求解器, 并根据SRS的特点设计自适应阈值选择机制, 提升求解器计算精度。对比求解器得到的SRS与采用传统方法计算的结果, 两者显示出高度一致性, 从而验证了求解器的有效性。此外, 文中在求解过程中引入L2正则化技术, 有效避免了过拟合现象的发生, 进一步增强了求解器的鲁棒性。

     

  • 图  1  时、频域下的冲击信号

    Figure  1.  Shock response in time and frequency domains

    图  2  SRS计算示意图

    Figure  2.  Illustration of shock response spectrum calculation

    图  3  求解器模型架构

    Figure  3.  Solver model architecture

    图  4  自适应阈值选择机制对比实验

    Figure  4.  Comparison experiment on adaptive threshold selection mechanism

    图  5  不同方法结果对比

    Figure  5.  Comparison of results using different methods

    图  6  采用正则化方法对过拟合影响比较

    Figure  6.  Comparison of the impact of overfitting using regularization methods

    表  1  自适应阈值选择机制对比实验误差

    Table  1.   Comparative experimental error analysis of adaptive threshold selection mechanisms

    是否使用
    阈值选择机制
    IRE/%IRMSE
    5.640.135
    15.80.641
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    表  2  数值仿真工况表

    Table  2.   Numerical simulation conditions

    序号水深/m爆距/m装药量/kg方位
    11007295侧前方
    21007295正下方
    31007295侧后方
    4100745正下方
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    表  3  模型数据集信息

    Table  3.   Dataset information of the model

    数据类型 数据内容 数据集 占比/%
    输入 冲击载荷时域加速度 训练集 80%
    测试集 20%
    输出 感兴趣点SRS 训练集 80%
    测试集 20%
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    表  4  求解器与传统SRS计算方法性能对比

    Table  4.   Comparison between solver and traditional SRS calculation methods

    方法 自然频率/Hz 核时/s IRE/%
    求解器 100 1.2 5.54
    500 1.5 5.71
    1 000 1.6 6.18
    直接积分法 100 107
    500 310
    1 000 529
    数字滤波器 100 62 15.48
    500 185 15.93
    1 000 249 16.84
    龙格库塔法 100 78 8.29
    500 206 8.54
    1 000 320 8.71
    下载: 导出CSV
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出版历程
  • 收稿日期:  2024-10-13
  • 修回日期:  2024-11-22
  • 录用日期:  2024-12-04
  • 网络出版日期:  2024-12-27

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