190 / 2019-08-16 11:19:40

基于CVAE的碎片云快速生成技术研究

碎片云、条件变分自编码器、深度学习

计算力学新方法，新理论 > 高性能算法的理论与实现

进行超高速碰撞碎片云模拟，对于指导空间飞行器设计具有重要的工程意义。采用深度学习方法，基于条件变分自编码器（CVAE）模型，构建了超高速碰撞碎片云的快速生成模型。模型训练集和验证集数据由SPH方法模拟小球高速撞击圆柱型筒壁生成。原始数值模拟结果通过预处理，使用碎片云所占空间进行网格划分、碎片在网格中进行聚合方法，将高维的空间碎片分布问题简化为二维平面的质量分布问题，以使CVAE模型可用于本问题。快速生成模型训练时，根据训练误差和验证误差曲线，选取综合误差较小时的CVAE模型作为碎片云快速生成模型。对快速生成模型计算结果的定性和定量分析表明，模型生成碎片云和真实碎片云（数值模拟结果）在碎片云图像和物理量分布上具有较高相似度，其中图像重叠率超过90%。对比生成碎片云与真实碎片云的沿Y轴无量纲化质量和曲线表明：质量分布规律一致且数值接近；对比生成碎片云总质量与真实碎片云总质量误差百分比，误差数值小于15%，表明碎片云生成模型具有较高精度。同时，碎片云快速生成模型与SPH方法相比，在计算时间上有量级的提升，生成单幅碎片云所需时间仅0.01s，计算时间大大快于传统数值模拟方法。