基于TL-Conv LSTM-AM组合模型的薄平板抖振响应预测
来源：中国血液净化杂志2023年第8期北京时间：
作者：胡朋, 丁艳, 韩艳, 张非, 程渭
单位：长沙理工大学 土木工程学院, 湖南 长沙 410114"],"fundList_en":["National Natural Science Foundation of China (52178451, 51878080, 52178452); Hunan Provincial Natural Science Foundation of China (2020JJ3035, 2021RC4031); Postgraduate Scientific Research Innovation Project of Changsha University of Science & Technology (CXCLY2022037)
摘要：针对大跨度桥梁等工程结构在紊流场作用下的抖振响应预测问题，以薄平板为例，将数值模拟的薄平板抖振响应时程结果作为训练与测试数据，选用风场时程数据作为输入，并将薄平板的横向位移、竖向位移以及扭转角响应时程数据作为输出，分别采用带外部输入的非线性自回归(NARX)、长短期记忆(LSTM)、卷积长短期记忆(Conv LSTM)、注意力机制长短期记忆(LSTM-AM)神经网络模型预测薄平板的抖振响应。进一步地，将迁移学习(TL)方法与上述神经网络模型相结合，提出基于Davenport准定常抖振理论获取大量源任务数据的方法。通过筛选出的可用源任务数据，训练上述神经网络模型并经共享权重、微调参数后完成对薄平板目标任务数据的预测，并最终构建了TL-Conv LSTM-AM组合模型来预测薄平板抖振响应的思路。研究结果表明：在薄平板抖振响应预测中，LSTM模型的预测精度要高于NARX模型；引入卷积计算和注意力机制均有利于时序数据的预测，因此Conv LSTM和LSTM-AM模型的抖振响应预测精度相比单一的LSTM模型的预测精度要高；当上述神经网络模型结合迁移学习方法后能有效提升抖振响应的预测精度，但在局部区域仍有一定偏差；提出的TL-Conv LSTM-AM组合模型在高紊流情况下3个方向的抖振响应预测精度<i>R</i><sup>2</sup>均超过了0.99，低紊流情况下预测精度<i>R</i><sup>2</sup>也超过了0.98，其中扭转角的预测精度<i>R</i><sup>2</sup>也接近于0.99。因此，所提出的TL-Conv LSTM-AM组合模型在薄平板抖振响应预测中的精度较高，具有较强的泛化性。研究成果可为大跨度桥梁等工程结构的抖振响应时程预测提供新的思路。
关键词：桥梁工程,抖振响应预测,迁移学习,薄平板,长短期记忆网络
基金资助：国家自然科学基金项目(52178451,51878080,52178452)；湖南省自然科学基金项目(2020JJ3035,2021RC4031)； 长沙理工大学研究生科研创新项目(CXCLY2022037)
