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An Adaptive Physics-Informed Neural Network with Two-Stage Learning Strategy to Solve Partial Differential Equations

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Numerical Mathematics(Theory,Methods and Applications) 2023年第2期16卷 298-322页

作者： shuyan shi Ding Liu Ruirui Ji Yuchao Han School of Automation and Information Engineering Xi‘an University of TechnologyXi‘an 710048P.R.China National&Local Joint Engineering Research Center of Crystal Growth Equipment and System Integration Xi‘an 710048P.R.China Xi’an University of Technology Shannxi Key Laboratory of Complex System Control and Intelligent Information ProcessingXi‘an 710048P.R.China

Physics-Informed Neural Network(PINN)represents a new approach to solve Partial Differential Equations(PDEs).PINNs aim to solve PDEs by integrating governing equations and the initial/boundary conditions(I/BCs)into a loss ***,the imbalance of the loss function caused by parameter settings usually makes it difficult for PINNs to converge,*** they fall into local *** other words,the presence of balanced PDE loss,initial loss and boundary loss may be critical for the *** addition,existing PINNs are not able to reveal the hidden errors caused by non-convergent boundaries and conduction errors caused by the PDE near the ***,these problems have made PINN-based methods of limited use on practical *** this paper,we propose a novel physics-informed neural network,*** adaptive physics-informed neural network with a two-stage training *** algorithm adds spatio-temporal coefficient and PDE balance parameter to the loss function,and solve PDEs using a two-stage training process:pre-training and formal *** pre-training step ensures the convergence of boundary loss,whereas the formal training process completes the solution of PDE by balancing various loss *** order to verify the performance of our method,we consider the imbalanced heat conduction and Helmholtz equations often appearing in practical *** Klein-Gordon equation,which is widely used to compare performance,reveals that our method is able to reduce the hidden *** results confirm that our algorithm can effectively and accurately solve models with unbalanced loss function,hidden errors and conduction *** codes developed in this manuscript are publicy available at https://***/callmedrcom/ATPINN.

关键词： Physics informed neural networks partial differential equations two-stage learning scientific computing

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Non-Fourier Heat Conduction based on Self-Adaptive Weight Physics-Informed Neural Networks

Non-Fourier Heat Conduction based on Self-Adaptive Weight Ph...

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第40届中国控制会议

作者： shuyan shi Ding Liu Zhongdan Zhao National & Local Joint Engineering Research Center of Crystal Growth Equipment and System Integration Xi'an University of Technology Shananxi Key Laboratory of Complex System Control and Intelligent Information Processing

This paper establishes the non-Fourier heat conduction model to describe the heat transfer process of mono-crystalline silicon under the condition of unstable thermal field and thermal shock in the Czochralski method.A novel differential equations solver called Physics-Informed Neural Networks（PINN） algorithm was *** with finite element method（FEM）,this method has some advantages like no grid requirement and easily *** order to deal with the unbalance of constraint condition and speed up the convergence,we propose a novel method called Self-Adaptive Weight Physics-Informed Neural Networks（SWPINN）.The comparison of the experimental results of SWPINN and COMSOL verifies the effectiveness of *** modifying the parameter of non-Fourier heat conduction model,this paper obtains the temperature distribution under different heat relaxation ***,comparison between SWPINN and PINN shows that the proposed method has faster convergence speed and higher accuracy.

关键词： Non-Fourier Heat Conduction Physics-Informed Neural Networks Partial Differential Equation Monocrystalline Silicon Czochralski Method

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Effects of greenness on preterm birth: A national longitudinal study of 3.7 million singleton births

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The Innovation 2022年第3期3卷 57-63页

作者： Lina Zhang shuyan shi Shenpeng Wu Ying Yang Jihong Xu Ya Zhang Qiaomei Wang Haiping Shen Yiping Zhang Donghai Yan Zuoqi Peng Cong Liu Weidong Wang Yixuan Jiang Su shi Renjie Chen Haidong Kan Yuan He Xia Meng Xu Ma School of Public Health Key Lab of Public Health Safety of the Ministry of Education and NHC Key Lab of Health Technology AssessmentFudan UniversityShanghai 200032China National Research Institute for Family Planning Beijing 100081China National Human Genetic Resources Center Beijing 101199China Department of Maternal and Child Health National Health Commission of the People’s Republic of ChinaBeijing 100088China Children’s Hospital of Fudan University National Center for Children’s HealthShanghai 201102China Peking Union Medical College Beijing 100730China Chinese Academy of Medical Sciences Beijing 100730China

Exposure to greenness may lead to a wide range of beneficial health ***,the effects of greenness on preterm birth(PTB)are inconsistent,and limited studies have focused on the subcategories of PTB.A total of 3,751,672 singleton births from a national birth cohort in China's Mainland were included in this *** was estimated using the satellitebased Normalized Difference Vegetation Index(NDVI)and Enhanced Vegetation Index with 500-m and 1,000-m buffers around participants’*** subcategories of PTB(20-36 weeks)included extremely PTB(EPTB,20-27 weeks).

关键词： mainland birth inconsistent

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牛顿法在CELP零极点模型改进方法中的应用

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计算机工程与应用 2006年第1期42卷 80-82页

作者：施淑燕张军华南师范大学信息光电子科技学院广州510631 华南理工大学电子与信息学院广州510640

传统的码激励线性预测(CodeExcitedLinearPredictive,CELP)语音编码方法采用有限阶的全极点预测模型来描述语音信号的短时相关性,对频谱谷点显著的语音信号(如清音等)并不适合。论文针对传统CELP编码器的这个缺点,尝试采用零极点预测模... 详细信息

传统的码激励线性预测(CodeExcitedLinearPredictive,CELP)语音编码方法采用有限阶的全极点预测模型来描述语音信号的短时相关性,对频谱谷点显著的语音信号(如清音等)并不适合。论文针对传统CELP编码器的这个缺点,尝试采用零极点预测模型对传统CELP编码器中的短时预测进行改进,并提出了一种基于牛顿法的零极点模型参数估计方法。实验结果表明,论文所提的方法可以有效地减少CELP编码器合成语音的归一化均方误差,提高合成语音的质量。

关键词：码激励线性预测编码牛顿法零极点模型

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玄武岩纤维增强钢层合板拉伸性能研究

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武汉理工大学学报（交通科学与工程版） 2022年第6期46卷 1063-1067页

作者：李耘宇石蜀雁武汉理工大学交通与物流工程学院武汉430063 武汉理工大学船海与能源动力工程学院武汉430063

文中提出将玄武岩纤维增强复合材料(BFRP)与钢材结合,形成玄武岩纤维增强钢层合板(basalt fiber reinforced steel laminate,BRSL),设计并制作了3组不同纤维体积比的BRSL试件,对其在单轴拉伸荷载下的力学性能进行了试验研究并提出了理... 详细信息

文中提出将玄武岩纤维增强复合材料(BFRP)与钢材结合,形成玄武岩纤维增强钢层合板(basalt fiber reinforced steel laminate,BRSL),设计并制作了3组不同纤维体积比的BRSL试件,对其在单轴拉伸荷载下的力学性能进行了试验研究并提出了理论模型.基于试验数据与理论计算综合探讨了纤维体积比对BRSL力学性能以及能量吸收性能的影响.结果表明:纤维体积比的增长可有效提升BRSL的屈服后弹性模量、极限强度;而初始弹性模量和屈服强度会略有下降;BRSL的比极限强度和比能量吸收也随纤维体积比的增长不断增大.

关键词：玄武岩纤维增强钢层合板纤维体积比单轴拉伸理论模型

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3Cr13钢柴油循环泵主轴断裂失效分析

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金属热处理 2020年第7期45卷 202-205页

作者：邹龙江戚琳史淑艳刘书潭大连理工大学材料科学与工程学院辽宁大连116023

采用X射线荧光光谱仪、光学显微镜、布氏硬度计、拉伸试验机、冲击试验机、扫描电镜等,对3Cr13钢柴油循环泵的主轴断裂原因进行分析。结果表明:3Cr13钢的化学成分、硬度及力学性能均符合技术要求,冲击吸收能量严重偏低;显微组织中含有... 详细信息

采用X射线荧光光谱仪、光学显微镜、布氏硬度计、拉伸试验机、冲击试验机、扫描电镜等,对3Cr13钢柴油循环泵的主轴断裂原因进行分析。结果表明:3Cr13钢的化学成分、硬度及力学性能均符合技术要求,冲击吸收能量严重偏低;显微组织中含有颗粒网状碳化物,增加了材料脆性;轴径变化台阶处直角过渡,缺乏应有的过渡圆角,易形成应力集中。断裂类型属于疲劳断裂,主轴轴径变化台阶处直角过渡的加工缺陷所形成的应力集中是造成其快速疲劳断裂的主要原因。

关键词： 3Cr13钢主轴加工缺陷疲劳断裂

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长期时效条件下Ta/(Ta+Ti)变化对镍基高温合金铸态组织与性能的影响

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稀有金属材料与工程 2024年第7期53卷 2025-2034页

作者：夏鹏辉王伟强史淑艳鹿超曹铁山闵小华大连理工大学材料科学与工程学院辽宁大连116024

在DD98M镍基高温合金的基础上,保持合金中γ'相形成元素(Ta+Ti)总量不变,利用真空感应熔炼制备A1-Ta/(Ta+Ti)=0、A2-Ta/(Ta+Ti)=0.34、A3-Ta/(Ta+Ti)=0.66、A4-Ta/(Ta+Ti)=1这4种合金,并对铸态合金进行固溶时效和1273 K下的长期时效。采用X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)、电子探针(EPMA)等测试方法对时效后的组织进行研究,分析高温长期时效和Ta/(Ta+Ti)变化对合金铸态组织和性能的影响规律。结果表明,长期时效会引起γ'相的部分分解,促进元素扩散,加剧元素偏析。随长期时效时间的延长,γ'相粗化长大,硬度降低,错配度绝对值减小,γ'相立方度降低。随Ta在(Ta+Ti)中占比增加,错配度绝对值减小,γ'相立方度降低,硬度增加,长期时效条件下Cr、Mo、W、Ta偏析加剧,Ti偏析得到缓解,Ta的加入会将W排挤至γ相。A2和A3合金长期时效后在晶界处有σ相和MC型碳化物析出,A1和A4合金长期时效晶界无析出,即Ta和Ti的协同作用会促使σ相和MC型碳化物的析出。A2合金有着相对高的γ'相体积分数、γ'相立方度、硬度和强度,最小的γ'相尺寸和最高的延伸率,因此4种合金中A2合金有着最好的综合力学性能。

关键词： Ta/(Ta+Ti) 长期时效镍基高温合金铸态组织偏析

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超轻镁合金板坯直冷连铸三维温度场数值模拟(英文)

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稀有金属材料与工程 2009年第2期38卷 203-208页

作者：史淑艳郝海张兴国房灿峰姚山金俊泽大连理工大学三束材料改性国家重点实验室辽宁大连116024

运用有限差分法,对超轻Mg-Li合金(LA141)板坯直冷连铸过程温度场进行数值模拟,根据实际过程的物理现象以及文献资料确定包括一冷区、二冷区在内的边界条件,并且考虑底模与铸坯之间随着铸坯的变形而引起的换热系数的变化。通过计算铸坯... 详细信息

运用有限差分法,对超轻Mg-Li合金(LA141)板坯直冷连铸过程温度场进行数值模拟,根据实际过程的物理现象以及文献资料确定包括一冷区、二冷区在内的边界条件,并且考虑底模与铸坯之间随着铸坯的变形而引起的换热系数的变化。通过计算铸坯内温度场的分布,固-液界面的形状和位置,分析各种铸造参数,包括浇注温度、冷却水量、铸造速度等对连铸过程的影响。另外也比较了在同等铸造条件下LA141铸坯和AZ31铸坯铸造过程中凝固前沿的形状。

关键词：超轻镁合金直冷连铸板坯温度场数学模型

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基于系统动力学的易腐食品库存分析及建议

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物流技术 2022年第4期41卷 68-73页

作者：施舒妍宁波大学商学院浙江宁波315211

易腐原材料及成品库存是各食品企业资源的重要组成部分之一,对于食品企业来说,优化各环节的易腐库存管理不但可以大幅减少成本,还能够减少由库存积压引起的产品腐烂变质情况,降低企业的损失。为了有效控制库存量并保证供应链的运作效率... 详细信息

易腐原材料及成品库存是各食品企业资源的重要组成部分之一,对于食品企业来说,优化各环节的易腐库存管理不但可以大幅减少成本,还能够减少由库存积压引起的产品腐烂变质情况,降低企业的损失。为了有效控制库存量并保证供应链的运作效率,在案例调查获得变量参数的基础上,利用系统动力学的方法,建立了一个较为完整的易腐食品库存系统动力学模型,并进行仿真模拟分析。结果表明,在易腐食品库存系统中存在牛鞭效应,影响了各环节的库存需求和实际库存水平,并针对相关原因提出了改进建议。

关键词：易腐食品库存系统动力学牛鞭效应

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可降解Fe@Fe-Zn骨组织工程支架体外生物相容性研究

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表面技术 2024年第8期53卷 163-172页

作者：罗彩云王伟强史淑艳杨帅康许雅南朱明刘慧颖大连理工大学辽宁大连116024 大连医科大学辽宁大连116044

目的以多孔铁为基体,利用脉冲电沉积制备可降解多孔Fe@Fe-Zn复合材料骨组织工程支架,以期提高材料的降解速率和抗菌性能。方法通过调节脉冲频率,得到不同Zn含量的Fe-Zn合金层;使用电子探针、X射线衍射仪、扫描电镜来研究材料的元素含量... 详细信息

目的以多孔铁为基体,利用脉冲电沉积制备可降解多孔Fe@Fe-Zn复合材料骨组织工程支架,以期提高材料的降解速率和抗菌性能。方法通过调节脉冲频率,得到不同Zn含量的Fe-Zn合金层;使用电子探针、X射线衍射仪、扫描电镜来研究材料的元素含量、相组成和显微结构;通过压缩测试考察支架的力学性能;用体外浸泡来考察材料的降解性能;用浸提液培养分析材料对小鼠胚胎成骨细胞的黏附铺展和细胞活性的影响;用浸提液和直接培养来探究材料的抗大肠杆菌性能。结果随脉冲频率增加,合金中Zn含量减小;不同合金均为单一的α(Fe)相;电沉积组织致密,杂质含量低;Zn含量为7.5%(均以质量分数计)时,支架抗压屈服强度较多孔铁提升6%;复合材料的降解速率为0.44~0.48 mm/a,较多孔铁有显著改善;复合材料浸提液在稀释到25%(体积分数)时,表现出良好的细胞相容性,且随Zn含量增加,细胞活性增强;Zn含量为7.5%时,材料的抗菌性能最好。结论通过电沉积制备的Fe@Fe-Zn支架的腐蚀速率相较于多孔铁有明显提高。随合金层中Zn含量的增加,其细胞活性增强,抗菌性能提高。Fe@Fe-Zn有望发展为可广泛应用的可降解骨组织工程支架材料。

关键词：骨组织工程支架多孔铁 Fe-Zn合金降解性能生物相容性抗菌性能

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