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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, xxxx, x(x): x-xx 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, xxxx, x(x): x-xx doi: 10.11993/j.issn.2096-3920.2024-0144
Wang Shuang, Lv 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. doi: 10.11993/j.issn.2096-3920.2024-0144
Citation: Wang Shuang, Lv 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. 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, 博士研究生, 主要研究方向为水中爆炸、舰艇冲击毁伤等

    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, 舰艇冲击毁伤等.

  • 中图分类号: U674.7

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

  • 摘要: 由于冲击响应具有短时性和复杂性, 常使用冲击响应谱(SRS)作为分析冲击响应的工具。为克服传统冲击响应谱求解方法存在的计算速度与计算精度之间的矛盾, 文中提出基于深度学习的冲击响应谱快速求解器, 并根据冲击响应谱的特点设计自适应阈值选择机制, 提升求解器计算精度。对比求解器得到的冲击响应谱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  冲击谱计算示意图

    Figure  2.  Illustration of shock 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

    Table  1.   Comparison experiment on adaptive threshold selection mechanism

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

    Table  2.   Table of numerical simulation conditions

    序号水深/m爆距/m装药/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.   Model Dataset Information

    模型输入/输出数据信息数据集划分信息
    输入冲击载荷时域加速度训练集80%
    测试集20%
    输出感兴趣点冲击响应谱训练集80%
    测试集20%
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    表  4  求解器与传统冲击谱计算方法性能对比

    Table  4.   Comparison between solver and traditional shock spectrum calculation methods

    自然
    频率
    指标 求解器 直接积
    分法
    数字
    滤波器
    龙格
    库塔法
    100 核时 1.2 s 107 s 62 s 78 s
    RE 5.54 % 15.48 % 8.29 %
    500 核时 1.5 s 310 s 185 s 206 s
    RE 5.71 % 15.93 % 8.54 %
    1000 核时 1.6 s 539 s 249 s 320 s
    RE 6.18 % 16.84 % 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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