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基于遗传算法优化的SMABP神经网络本构模型
  • ISSN号:0412-1961
  • 期刊名称:《金属学报》
  • 时间:0
  • 分类:TU502[建筑科学—建筑技术科学]
  • 作者机构:[1]西安建筑科技大学土木工程学院,西安710055, [2]长安大学建筑学院,西安710061
  • 相关基金:国家自然科学基金项目No.51678480; 陕西省科技统筹创新计划项目No.2013SZS01-S02; 陕西省工业攻关项目No.2014K06-34
中文摘要:

系统研究了形状记忆合金丝(SMA)应力-应变曲线、特征点应力、耗能能力及等效阻尼比随材料直径、应变幅值、加载速率、加载循环次数的变化规律;由于SMA唯象Brinson等常见本构模型无法以数学模型方式精确描述SMA各影响因素对其力学性能的影响程度,基于SMA实验结果,本工作采用BP神经网络智能算法(一种利用误差反向传播训练的神经网络算法)对其进行非线性建模,同时利用遗传算法对神经元的初始权值和阈值进行优化,进而获得了一种基于遗传算法优化的SMA BP神经网络本构模型。利用该模型对SMA实验结果进行模拟,所得结果平均误差仅为1.13%,优于未优化的SMA BP神经网络模型。结果表明,基于遗传算法优化的SMA BP神经网络本构模型,能够精确地预测SMA在反复荷载作用下的超弹性性能,避免由于初始权/阈值取值不当引起的BP网络振荡而产生不收敛的问题,同时也充分考虑了加/卸载速率的动态影响,是一种良好的速率相关型动力本构模型。

英文摘要:

Systematic study was conducted on the variation regularity of stress-strain curve, feature point stress, dissipated energy and equivalent damping ratio of shape memory alloy(SMA) wires changed with wire diameter, strain amplitude, loading rate and loading cyclic number. By nonlinearly modeling experimental results for SMA using the neural network intelligent algorithm(a neural network algorithm with back-propagation training) and optimizing the initial weight and threshold value of neurons using genetic algorithm, a new BP neural network constitutive model for SMA optimized with genetic algorithm is established. This model successfully overcomes the shortcomings of other mathematical models such as the phenomenological Brinson, by which the various influence factors to mechanical properties in an experiment for SMA are hardly simulated exactly. In fact, the average error between experimental and simulated results is only 1.13% by using this model, much better than conventional BP neural network models. The results show that the BP neural networks constitutive model optimized with genetic algorithm can not only predict accurately the superelastic performance of SMA under cyclic loading, but also avoid the no convergence problem caused by concussion of BP network due to the improper initial weight and threshold value set up. Furthermore, this model would be a better model than others because of fully considering the dynamic influence of loading/unloading rate on SMA experiments.

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期刊信息
  • 《金属学报》
  • 中国科技核心期刊
  • 主管单位:中国科学协术协会
  • 主办单位:中国金属学会
  • 主编:柯俊
  • 地址:沈阳文化路72号
  • 邮编:110016
  • 邮箱:shxiao@imr.ac.cn
  • 电话:024-23971286
  • 国际标准刊号:ISSN:0412-1961
  • 国内统一刊号:ISSN:21-1139/TG
  • 邮发代号:2-361
  • 获奖情况:
  • 第一、二届全国优秀科技期刊评比一等奖,第一、二、三届国家期刊奖,国家期刊方阵"双高"期刊,第一、二、三届中国科学院科技期刊评比一等奖,中国科学院优秀期刊特别奖,第一、二、三、五届中国科协优秀科技期刊评比一等奖,中国科协精品期刊工程A类、B类,第一、二、三、四、五届中国百种杰出学术期刊,首届出版政府奖
  • 国内外数据库收录:
  • 俄罗斯文摘杂志,美国化学文摘(网络版),荷兰文摘与引文数据库,美国工程索引,美国剑桥科学文摘,美国科学引文索引(扩展库),日本日本科学技术振兴机构数据库,中国中国科技核心期刊,中国北大核心期刊(2004版),中国北大核心期刊(2008版),中国北大核心期刊(2011版),中国北大核心期刊(2014版),中国北大核心期刊(2000版)
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