检索结果-南通市图书馆

应用随机森林与神经网络算法的足底软组织本构参数反演方法

在线全文

学校读者我要写书评

暂无评论

医用生物力学 2024年第3期39卷 476-481页

作者：李烽韬孙丽芳陶雅萍杨鹏纪猛强桑建兵河北工业大学机械工程学院天津300401 河北工业大学医院内科天津300401

目的基于随机森林(random forest, RF)算法和反向传播(back propagation, BP)神经网络算法实现对足底软组织超弹性模型本构参数的预测,以提升本构参数获取方式的效率和准确性。方法首先建立足底软组织球形压痕实验的有限元模型,并对... 详细信息

目的基于随机森林(random forest, RF)算法和反向传播(back propagation, BP)神经网络算法实现对足底软组织超弹性模型本构参数的预测,以提升本构参数获取方式的效率和准确性。方法首先建立足底软组织球形压痕实验的有限元模型,并对球形压痕实验过程进行仿真,得到具有非线性关系的位移和压痕力的数据集。将数据集进行划分,得到训练集和测试集,分别对搭建好的RF和BP神经网络(BP neural network, BPNN)模型进行训练,通过实验数据对足底软组织本构参数进行预测。最后,引入均方误差(mean square error, MSE)和决定系数(R2)对模型的预测准确性进行评估,同时对比实验曲线验证模型的有效性。结果利用RF和BPNN模型结合有限元仿真是确定足底软组织超弹性本构参数的有效、准确的方法。训练后的RF模型MSE达到1.370 2×10^(-3),R^(2)为0.982 9;BPNN模型MSE达到4.858 1×10^(-5),R^(2)为0.999 3。反求得到适用于仿真的足底软组织的超弹性本构参数,预测得到的两组本构参数的计算响应曲线与实验曲线吻合较好。结论基于人工智能算法模型对足底软组织超弹性本构参数的预测精度很高,相关研究成果也可以应用于足底软组织其他力学特性的研究。同时,研究结果为足底软组织本构参数的获取提供新方法,有助于快速诊断足底软组织病变等临床问题。

关键词：足底软组织参数识别 BP神经网络随机森林

基于神经网络的袋鼠软骨组织材料参数反演及非线性特性分析

同方期刊数据库博看期刊评论

在线全文

学校读者我要写书评

暂无评论

河北工业大学学报 2024年第2期53卷 30-35,63页

作者：马钰桑建兵李洋梁炜光魏新宇河北工业大学机械工程学院天津300401

软骨损伤和退变会导致骨关节炎等疾病的发生,因此深入研究软骨的力学性能并确定其材料参数是生物力学领域重点关注的课题之一。本文首先建立了袋鼠肩关节软骨组织的有限元模型,将软骨组织视为超弹性材料并采用二阶缩减多项式本构模型,... 详细信息

软骨损伤和退变会导致骨关节炎等疾病的发生,因此深入研究软骨的力学性能并确定其材料参数是生物力学领域重点关注的课题之一。本文首先建立了袋鼠肩关节软骨组织的有限元模型,将软骨组织视为超弹性材料并采用二阶缩减多项式本构模型,同时在有限元分析中考虑了应变率对力学行为的影响,对软骨组织的压痕过程进行了有限元仿真,得到其变形特征及应力分布规律。其次,搭建了对软骨组织进行材料参数反演的神经网络智能算法,对其本构参数进行了预测,得到了能够准确描述软骨变形行为的材料参数。研究结果表明:神经网络与有限元相结合是预测软骨超弹性材料参数的一种高效、准确的方法,可以有效评估软骨组织力学性能,为关节软骨类病理研究和修复提供参考和帮助。

关键词：软骨神经网络有限元分析应变率超弹性

基于机器学习软骨细胞的时间依赖性力学行为及本构参数反演

在线全文

学校读者我要写书评

暂无评论

力学学报 2022年第11期54卷 3215-3222页

作者：魏新宇桑建兵张睿琳王静远刘宝友河北工业大学机械工程学院天津300401

探究软骨细胞机械负载下的力学特性对于理解软骨细胞的正常和病理状态以及骨性关节炎的病因至关重要.基于软骨细胞有限元计算模型的力学响应与其本构参数之间的高度复杂非线性,本文提出了分别利用双向深度神经网络TW-Deepnets模型和随... 详细信息

探究软骨细胞机械负载下的力学特性对于理解软骨细胞的正常和病理状态以及骨性关节炎的病因至关重要.基于软骨细胞有限元计算模型的力学响应与其本构参数之间的高度复杂非线性,本文提出了分别利用双向深度神经网络TW-Deepnets模型和随机森林RF模型并结合有限元方法来识别软骨细胞本构参数的两种反演方法.首先,建立了软骨细胞的无侧限压缩实验有限元模型,收集MSn HS本构参数空间点与对应的有限元计算模型的压缩反作用力响应数据集.其次,结合贝叶斯超参数优化算法搭建了用于软骨细胞本构参数反求的TW-Deepnets模型和RF模型,对有限元收集的数据进行训练,并利用单个软骨细胞受到50%压缩程度下的实验数据对软骨细胞的MSnHS本构参数进行了反求.最后,通过与实验曲线的对比验证了所提出的反演方法的有效性,并引入决定系数R2对两种模型的预测准确性进行了对比评估,检验了模型对各本构参数的预测性能,分析了MSnHS本构模型中各参数影响软骨细胞力学响应的重要性占比.结果表明,本研究提出的本构参数反演方法能够有效获取软骨细胞的本构参数值,从而准确描述软骨细胞的时间依赖性力学特性,该方法也可进一步推广到生物细胞在静态或动态负载条件下的复杂参数反演问题.

关键词：软骨细胞参数反演有限元方法双向深度神经网络随机森林

基于深度神经网络水下清淤机器人绞龙的可靠性分析

在线全文

学校读者我要写书评

暂无评论

机械科学与技术 2023年

作者：邵可鑫桑建兵田魏昌石政加袁国秩河北工业大学机械工程学院

绞龙作为水下清淤机器人的淤泥疏松装置，其作业时常与淤泥中的硬物发生碰撞，静应力强度校核并不能很好地反映碰撞过程中的瞬态动力响应问题，同时传统的可靠性分析方法在解决多源不确定性瞬态动力响应问题时往往存在效率低下且精度不... 详细信息

绞龙作为水下清淤机器人的淤泥疏松装置，其作业时常与淤泥中的硬物发生碰撞，静应力强度校核并不能很好地反映碰撞过程中的瞬态动力响应问题，同时传统的可靠性分析方法在解决多源不确定性瞬态动力响应问题时往往存在效率低下且精度不高等问题。为了克服上述缺点，论文基于数值模拟、深度神经网络（DNN），与Monte Carlo(MC)方法提出一种用于绞龙与硬物碰撞问题的可靠性分析方法。首先，基于理论推导确定影响碰撞力大小的不确定性变量，并对其进行多参数敏感性分析得出最终深度神经网络的输入量；其次，利用拉丁超立方采样(LHS)根据深度神经网络的输入量分布情况进行采样，采用有限元软件ANSYS/LS-DYNA建立与采样数据相对应的绞龙与硬物碰撞有限元模型，并提取深度神经网络的输出量；最后，通过单轴拉伸试验确定绞龙的损伤准则，并结合深度神经网络与Monte Carlo方法(DNN-MC)对绞龙的可靠度与失效概率进行了预测。结果表明本文方法精度远高于工程要求精度，与传统可靠性分析方法相比本文方法在保证高精度的前提下具有更高的效率和更好的鲁棒性。

关键词：绞龙可靠性分析深度神经网络拉丁超立方采样技术

左冠状动脉曲率与左前降支狭窄对局部血流动力学的影响

在线全文

同方期刊数据库

学校读者我要写书评

暂无评论

医用生物力学 2023年第5期38卷 953-960页

作者：段文杰桑建兵齐德瑄石政加李烽韬杨鹏河北工业大学机械工程学院天津300401

目的探究左前降支(left anterior descending,LAD)不同的狭窄程度和分叉血管曲率对血流动力学的影响。方法建立不同分叉血管曲率半径和LAD分支狭窄率的理想模型,使用流固耦合(fluid-structure interaction,FSI)方法评估不同曲率半径和... 详细信息

目的探究左前降支(left anterior descending,LAD)不同的狭窄程度和分叉血管曲率对血流动力学的影响。方法建立不同分叉血管曲率半径和LAD分支狭窄率的理想模型,使用流固耦合(fluid-structure interaction,FSI)方法评估不同曲率半径和不同狭窄率情况下对血流和壁面剪切力相关指标的影响。结果LAD发生狭窄后,高震荡剪切指数(oscillatory shear index,OSI)和高相对滞留时间(relative residence time,RRT)区域主要分布于LAD分叉脊对侧、弯曲外侧狭窄位置下游近端和弯曲内侧下游远端,并且随着狭窄程度的增加会扩大其区域与程度;由于曲率半径减小,弯曲内侧中的高OSI和RRT会向LAD下游远端分布,高RRT区域面积相对整个血管面积平均降幅能够达到35.68%。结论LAD狭窄的存在会增加狭窄位置下游和LAD分叉脊对侧发生继发性狭窄的风险。曲率降低会促进弯曲内侧斑块的形成与发展,但从整个血管来看,又会细微地降低斑块形成概率。研究结果可为治疗LAD病变与预防继发性狭窄提供方案设计与优化的理论参考。

关键词：冠状动脉左前降支狭窄曲率流固耦合

基于数据驱动管道流体湍流模型的系数修正及流动特性分析

同方期刊数据库博看期刊评论

在线全文

学校读者我要写书评

暂无评论

计算物理 2023年第1期40卷 57-66页

作者：梁炜光桑建兵田红艳段文杰陶雅萍李烽韬河北工业大学机械工程学院天津300401

为提高RANS湍流模型数值模拟的精度,基于人工神经网络对RANS中标准k-ε湍流模型系数进行预测与修正,并对受壁面射流扰动的管道流场进行分析。首先建立管道流的有限元模型,同时考虑壁面射流对管内流体流动状态的影响,对管道流的流动进行... 详细信息

为提高RANS湍流模型数值模拟的精度,基于人工神经网络对RANS中标准k-ε湍流模型系数进行预测与修正,并对受壁面射流扰动的管道流场进行分析。首先建立管道流的有限元模型,同时考虑壁面射流对管内流体流动状态的影响,对管道流的流动进行有限元仿真,得到管道流受扰动后的速度场分布。其次,搭建预测标准k-ε湍流模型系数的神经网络模型,预测描述管道内速度场变化趋势的标准k-ε湍流模型系数。最后,将新的系数带入有限元模型计算,并与实验数据对比,发现修正后的湍流模型对管道各部分速度场的模拟精度均有较大提升,对标准k-ε湍流模型系数的预测与修正可以提高模型对管道内速度场变化趋势的模拟精度。

关键词：人工神经网络数据驱动 k-ε湍流模型管道流壁面射流

在线全文

学校读者我要写书评

暂无评论

非线性载荷作用下圆形薄膜的有限变形分析

应用力学学报 2013年第2期30卷 147-152,297页

作者：张忠凯桑建兵郄彦辉河北工业大学天津300130

利用修改后的应变能函数分析了作为细胞层载体的超弹性薄膜在非线性载荷作用下的有限变形问题。运用打靶法对控制方程进行了求解,讨论了本构参数n和α对薄膜变形的影响。计算结果表明:本构参数的增大会对材料产生强化作用;由于非线性载... 详细信息

利用修改后的应变能函数分析了作为细胞层载体的超弹性薄膜在非线性载荷作用下的有限变形问题。运用打靶法对控制方程进行了求解,讨论了本构参数n和α对薄膜变形的影响。计算结果表明:本构参数的增大会对材料产生强化作用;由于非线性载荷的影响,本构参数在n=1附近,薄膜曲率的变化趋势会相反;随着本构参数的减小,薄膜的不稳定点会在薄膜达到较小膨胀体积时出现。

关键词：细胞力学圆形薄膜有限变形非线性载荷

在线全文

学校读者我要写书评

暂无评论

汽车后视镜气流噪声的数值模拟和实验研究

机械强度 2008年第4期30卷 692-695页

作者：王志亮刘波桑建兵河北工业大学机械工程学院天津300130

针对汽车后视镜的气流噪声问题,分析其产生机理和影响因素。以某汽车为例建立CFD(computational fluiddynamics)分析模型。根据大涡模拟模型和莱特希尔-卡尔方程,利用FLUENT软件进行数值模拟。针对模拟结果提出后视镜合理性设计的判断方... 详细信息

针对汽车后视镜的气流噪声问题,分析其产生机理和影响因素。以某汽车为例建立CFD(computational fluiddynamics)分析模型。根据大涡模拟模型和莱特希尔-卡尔方程,利用FLUENT软件进行数值模拟。针对模拟结果提出后视镜合理性设计的判断方法,找出后视镜构形存在的噪声问题,并提出修改的措施。最后,对修改前后分别进行数值模拟对比分析和实验对比分析。实验对比分析发现,修改后车内噪声最高可降低1.2 dB。

关键词：后视镜风噪声大涡模拟模型莱特希尔-卡尔方程

在线全文

学校读者我要写书评

暂无评论

红细胞超弹性变形特性的有限元分析

河北工业大学学报 2023年第1期52卷 26-31页

作者：王颖桑建兵马钰付博伟河北工业大学机械工程学院天津300401

人类健康的红细胞具有较强的变形能力,对其力学性能进行研究并揭示其变形机理是生物力学领域重点关注的课题之一。论文采用SolidWorks软件建立了双凹形红细胞的三维有限元模型,并对其光镊拉伸过程和原子力显微镜纳米压痕过程进行了有限... 详细信息

人类健康的红细胞具有较强的变形能力,对其力学性能进行研究并揭示其变形机理是生物力学领域重点关注的课题之一。论文采用SolidWorks软件建立了双凹形红细胞的三维有限元模型,并对其光镊拉伸过程和原子力显微镜纳米压痕过程进行了有限元仿真,分别得到了红细胞整体和局部的变形特征与应力分布规律。细胞膜的本构模型采用neo-Hooken超弹性材料,基于神经网络对细胞膜的本构参数进行了预测,得到了能够准确描述细胞膜变形行为的材料参数。研究结果可以用来对红细胞的变形能力进行评估,所搭建的神经网络模型能够较好地为生物力学的实时多尺度预测提供技术上的支持。

关键词：红细胞超弹性有限元模拟神经网络力学性能