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物理编码数据驱动本构在堆石坝应力变形分析中的应用OA

Application of physics-encoded data-driven constitutive modeling in stress-deformation analysis of rockfill dams

中文摘要英文摘要

近年来,学者们尝试将科学智能范式(AI4S)应用于水利水电工程的各个领域,如利用数据驱动技术进行工程材料的本构建模.然而,数据驱动本构模型的泛化能力和鲁棒性不强,现有研究多停留在简单算例上,其在复杂工程问题中的适用性需进一步验证.为此,本文采用团队提出的编码广义塑性理论的神经网络本构模型(GPM-PeNN),利用拉哇高面板堆石坝筑坝料的合成数据集进行模型训练,并通过用户自定义材料子程序(UMAT)编入通用有限元软件 ABAQUS 中,用于模拟堆石坝填筑阶段的应力变形响应.对比基于传统本构模型的有限元计算结果,基于物理编码神经网络本构模型的计算结果符合一般规律,具有较高的精度和良好的收敛性,验证了数据驱动本构模型应用于实际工程的可行性.

In recent years,efforts have been made to apply the Artificial Intelligence for Science(AI4S)paradigm in various fields of hydraulic and hydropower engineering,e.g.the data-driven techniques used in the constitutive modeling of engineering materials.However,data-driven constitutive models often suffer from limited generalizability and robustness;most of the previous studies remained confined to simple numerical examples,leaving applicability to complex engineering problems in need of further verification.This study adopts a Generalized Plasticity Model-Physics-encoded Neural Network(GPM-PeNN),developed by our team,to simulate the stress and deformation of a rockfill dam.This model is trained using a synthetic dataset of rockfill materials from the Lawa high concrete-faced rockfill dam,and it is embedded into the general-purpose finite element code ABAQUS via a user-defined material module(UMAT).It is used to simulate the stress and deformation responses during dam-filling.Compared with finite element analyses based on traditional constitutive models,our simulations-based on the physics-encoded neural network constitutive model-align with general mechanical behaviors,and exhibit high accuracy and good convergence,thereby validating the feasibility of applying data-driven constitutive models in practical engineering applications.

贺志涵;马刚;周伟;汪泾周;李炎隆;胡锦方

武汉大学 水资源工程与调度全国重点实验室,武汉 430072武汉大学 水资源工程与调度全国重点实验室,武汉 430072||武汉大学 水工程科学研究院,武汉 430072||武汉大学 水工岩石力学教育部重点实验室,武汉 430072武汉大学 水资源工程与调度全国重点实验室,武汉 430072||武汉大学 水工程科学研究院,武汉 430072||武汉大学 水工岩石力学教育部重点实验室,武汉 430072武汉大学 水资源工程与调度全国重点实验室,武汉 430072||武汉大学 水工岩石力学教育部重点实验室,武汉 430072西安理工大学 水利水电学院,西安 710048武汉大学 水资源工程与调度全国重点实验室,武汉 430072||武汉大学 水工程科学研究院,武汉 430072||武汉大学 水工岩石力学教育部重点实验室,武汉 430072

建筑与水利

数据驱动本构模型物理编码堆石坝应力变形分析

data-drivenconstitutive modelphysics-encodedrockfill damstress-deformation analysis

《水力发电学报》 2026 (2)

46-57,12

国家自然科学基金项目(5232290752579134U23B20149)

10.11660/slfdxb.20260204

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