Deep learning for predicting frequency lock-in of a freely vibrating sphere
Notice bibliographique
Résumé
In this paper, we present a deep learning-based reduced-order model (DL-ROM) for the stability prediction of unsteady three-dimensional fluid–structure interaction systems. The proposed DL-ROM has the format of a nonlinear state-space model and employs a recurrent neural network with long short-term memory (LSTM) cells. We consider a canonical fluid–structure system of an elastically mounted sphere coupled with the incompressible fluid flow in a state-space format. Specifically, we develop a nonlinear data-driven coupling for predicting the unsteady forces and the vortex-induced vibration (VIV) lock-in of the freely vibrating sphere in a transverse direction. We design an input–output relationship as a temporal sequence of force and displacement datasets for a low-dimensional approximation of the fluid–structure system. Based on the prior knowledge of the VIV lock-in process, the input function contains a range of frequencies and amplitudes, which significantly affects the system realization ability and enables an efficient DL-ROM without the need for a massive training dataset for the low-dimensional modeling. Once trained, the network provides a nonlinear mapping of input–output dynamics that can predict the coupled fluid–structure dynamics for a longer horizon via the feedback process. By integrating the LSTM network with the eigensystem realization algorithm (ERA), we construct a data-driven state-space model for the reduced-order stability analysis. We investigate the underlying mechanism and stability characteristics of VIV of a freely vibrating sphere via an eigenvalue selection process. Using the reduced-order eigenvalue analysis, we characterize the vibrating sphere-wake lock-in phenomenon and demonstrate that the lock-in responds at preferred vibration frequencies. To understand the frequency lock-in mechanism, we study the eigenvalue trajectories for a range of the reduced oscillation frequencies and the mass ratios. Consistent with the full-order simulations, the frequency lock-in branches are accurately captured by the combined LSTM-ERA procedure. The proposed DL-ROM aligns with the development of physics-based digital twin of engineering systems involving moving boundaries and fluid–structure interactions.
Récupéré en direct depuis OpenAlex et désinversé. Les résumés ne sont pas conservés dans cette base de données : les index inversés représentent 8,6 Go des 9,3 Go de texte de la base, et le serveur dispose de 13 Go libres.
Comment cette classification a été obtenuedéplier
Prédiction machine sur la base complète
Imitation des enseignantsNi prévalence calibrée, ni vérité terrain. Validation humaine à venir. Le volet Gemma est une étiquette directe du modèle pour chaque travail de la base, lue sur la notice réduite au titre. Le volet Codex est un classifieur appris des 10 348 étiquettes directes de Codex et calibré sur les taux pondérés de l'échantillon; les champs sans appui suffisant ne portent aucun appel Codex. Le mode candidate est l'union des deux volets; le consensus est leur intersection. Ces sorties portent le statut machine_predicted_unvalidated et ne sont pas des étiquettes humaines.
Scores du classifieur distillé par catégorie (deux têtes)
| Catégorie | Codex | Gemma |
|---|---|---|
| Métarecherche | 0,000 | 0,001 |
| Méta-épidémiologie (sens strict) | 0,001 | 0,000 |
| Méta-épidémiologie (sens large) | 0,000 | 0,000 |
| Bibliométrie | 0,000 | 0,000 |
| Études des sciences et des technologies | 0,000 | 0,000 |
| Communication savante | 0,000 | 0,001 |
| Science ouverte | 0,001 | 0,000 |
| Intégrité de la recherche | 0,001 | 0,001 |
| Charge utile insuffisante (le modèle a refusé de juger) | 0,001 | 0,000 |
Scores machine (provisoires)
Les deux têtes enseignantes du modèle étudiant, lues sur ce travail. Un score ordonne la base pour la relecture; il n'affirme jamais une catégorie, et le statut de validation accompagne chaque rangée tel quel.
Scores de référence d'un modèle non mature (critères de maturité non atteints, 7 itérations). Un score ordonne; il n'affirme jamais une catégorie.
score_only:v0-immature-baseline · tel quel depuis la passe de notation : score_only signifie que le nombre peut ordonner les travaux, et qu'aucune étiquette de catégorie n'en découleClassification
machine, non validéePrédiction automatique; un appel candidat d’une seule source (Gemma direct ou Codex distillé), pas un consensus.
Le détail, modèle par modèle et score par score, se trouve en fin de page sous « Comment cette classification a été obtenue ».