A Physics-Informed Neural Network (PINN) provides a distinct advantage by synergizing neural networks' capabilities with the problem's governing physical laws. In this study, we introduce an innovative approach for solving seepage problems by utilizing the PINN, harnessing the capabilities of Deep Neural Networks (DNNs) to approximate hydraulic head distributions in seepage analysis. To effectively train the PINN model, we introduce a comprehensive loss function comprising three components: one for evaluating differential operators, another for assessing boundary conditions, and a third for appraising initial conditions. The validation of the PINN involves solving four benchmark seepage problems. The results unequivocally demonstrate the exceptional accuracy of the PINN in solving seepage problems, surpassing the accuracy of FEM in addressing both steady-state and free-surface seepage problems. Hence, the presented approach highlights the robustness of the PINN and underscores its precision in effectively addressing a spectrum of seepage challenges. This amalgamation enables the derivation of accurate solutions, overcoming limitations inherent in conventional methods such as mesh generation and adaptability to complex geometries.


翻译:物理信息神经网络(PINN)通过将神经网络的计算能力与问题所遵循的物理定律相结合,展现出显著优势。本研究提出了一种利用PINN求解渗流问题的创新方法,通过深度神经网络(DNNs)近似渗流分析中的水头分布。为有效训练PINN模型,我们构建了包含三个分量的综合损失函数:第一部分用于评估微分算子,第二部分用于评估边界条件,第三部分用于评估初始条件。通过求解四个基准渗流问题对PINN进行验证。结果明确证明,PINN在求解渗流问题时具有卓越的精度,在稳态和自由表面渗流问题的求解中均超越了有限元法(FEM)的精度。因此,本文方法凸显了PINN的稳健性,并强调了其在有效解决各类渗流问题中的精准性。这种融合使得获取精确解成为可能,克服了传统方法在网格生成和复杂几何适应性方面的固有局限性。

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神经网络(Neural Networks)是世界上三个最古老的神经建模学会的档案期刊:国际神经网络学会(INNS)、欧洲神经网络学会(ENNS)和日本神经网络学会(JNNS)。神经网络提供了一个论坛,以发展和培育一个国际社会的学者和实践者感兴趣的所有方面的神经网络和相关方法的计算智能。神经网络欢迎高质量论文的提交,有助于全面的神经网络研究,从行为和大脑建模,学习算法,通过数学和计算分析,系统的工程和技术应用,大量使用神经网络的概念和技术。这一独特而广泛的范围促进了生物和技术研究之间的思想交流,并有助于促进对生物启发的计算智能感兴趣的跨学科社区的发展。因此,神经网络编委会代表的专家领域包括心理学,神经生物学,计算机科学,工程,数学,物理。该杂志发表文章、信件和评论以及给编辑的信件、社论、时事、软件调查和专利信息。文章发表在五个部分之一:认知科学,神经科学,学习系统,数学和计算分析、工程和应用。 官网地址:http://dblp.uni-trier.de/db/journals/nn/
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