Accurate and efficient seismic response prediction is essential for the design of resilient structures. While the Finite Element Method (FEM) remains the standard for nonlinear seismic analysis, its high computational demands limit its scalability and real time applicability. Recent developments in deep learning, particularly Convolutional Neural Networks (CNNs), Recurrent Neural Networks (RNNs), and Long Short Term Memory (LSTM) models, have shown promise in reducing the computational cost of nonlinear seismic analysis of structures. However, these data driven models often struggle to generalize and capture the underlying physics, leading to reduced reliability. We propose a novel Physics Informed U Net LSTM framework that integrates physical laws with deep learning to enhance both accuracy and efficiency. By embedding domain specific constraints into the learning process, the proposed model achieves improved predictive performance over conventional Machine Learning architectures. This hybrid approach bridges the gap between purely data driven methods and physics based modeling, offering a robust and computationally efficient alternative for seismic response prediction of structures.


翻译:准确高效的地震响应预测对于韧性结构设计至关重要。虽然有限元法(FEM)仍是非线性地震分析的标准方法,但其高计算需求限制了可扩展性和实时应用性。深度学习的最新进展,特别是卷积神经网络(CNN)、循环神经网络(RNN)和长短期记忆(LSTM)模型,在降低结构非线性地震分析计算成本方面展现出潜力。然而,这些数据驱动模型往往难以泛化并捕捉底层物理机制,导致可靠性降低。我们提出一种新颖的物理信息U-net-LSTM框架,将物理定律与深度学习相结合,以提升准确性和效率。通过将领域特定约束嵌入学习过程,该模型相比传统机器学习架构实现了更优的预测性能。这种混合方法弥合了纯数据驱动方法与基于物理建模之间的鸿沟,为结构地震响应预测提供了鲁棒且计算高效的替代方案。

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