Nature打破质疑!寒门博士连发3篇Nature!钙钛矿太阳能电池领域杀疯了!

百科   2024-10-29 08:50   北京  


机器学习 (ML) 技术在不同领域的快速发展为发现和合理化材料和光伏设备提供了一个框架。本研究介绍了一种在制造空穴传输层 (HTL) 无碳基 PSC (C-PSC) 中实施 ML 模型的五步方法。我们的方法利用各种流行的 ML 模型,并使用 SCAPS-1D 仿真策划了一个包含 700 个数据点的综合数据集,包括电子传输层 (ETL) 和钙钛矿层厚度的变化,以及带隙特性。我们的结果表明,基于 ANN 的 ML 模型对 C-PSC 设备参数表现出卓越的预测准确性,实现了 0.028 的低均方根误差 (RMSE) 和 0.954 的高 R 平方值。这项工作的新颖之处在于它系统地使用 ML 来简化优化过程,减少对传统试错法的依赖,并更深入地了解关键设备参数的相互依赖性。

混合机器学习修改后的模型正在成为一种很有前途的能源生产预测解决方案。可再生能源发电厂,如太阳能、沼气、水力发电厂、风电场等,由于其环境效益而越来越受欢迎。然而,它们的输出可能高度可变并且取决于天气条件,这使得将它们整合到现有的能源网中具有挑战性。带有人工智能系统的智能电网有可能通过使用实时数据来优化能源生产和分配来解决这一挑战。尽管通过整合传感器、分析和自动化,这些电网可以更有效地管理能源需求和供应,减少碳排放,提高能源安全性,并改善偏远地区的电力供应。然而,本研究旨在使用机器学习混合模型,如混合卷积递归网络 (HCRN)、混合卷积-LSTM 网络 (HCLN) 和混合卷积-GRU 网络 (HCGRN),在智能电网环境中提高太阳能发电系统的效率。为此,本研究考虑了太阳能发电厂的各种参数,例如发电量 (MWh)、辐照度或阵列平面 (POA) 和性能比 (PR)。HCLN 模型表现出卓越的精度,MWh 的 RMSE 值为 0.012027,POA 为 0.013734,PR 为 0.003055,MWh 的最低 MAE 值为 0.069523,POA 为 0.082813,PR 为 0.042815。获得的结果表明,所提出的机器学习模型可以通过准确预测所需的测量来有效提高太阳能发电系统的效率。

预测高熵合金 (HEA) 的相稳定性,例如作为成分和温度函数的相分数,对于了解合金性能和筛选所需材料至关重要。像 CALPHAD 这样的传统方法对于探索高维组合空间来说是计算密集型的。为了应对这一挑战,本研究探索并比较了随机森林 (RF) 和深度神经网络 (DNN) 通过构建相稳定性预测的替代模型来加速材料发现的有效性。对于插值场景(按照与训练相同的系统顺序进行测试),RF 模型产生的误差通常比 DNN 模型小。但是,对于外推场景(在低阶系统上进行训练和在高阶系统上进行测试),DNN 比传统的 ML 模型更有效地泛化。DNN 展示了在数据缺失时预测拓扑相关相组成的潜力,使其成为材料发现框架中强大的预测工具。该研究使用由自定义数据库生成的 4.8 亿个数据点的 CALPHAD 数据集,可用于进一步的模型开发和基准测试。实验表明,DNN 模型具有数据效率,只需一小部分数据集即可实现相似的性能。这项工作突出了 DNN 在材料发现中的潜力,为预测高熵合金中的相稳定性提供了强大的工具,特别是在 Cr-Hf-Mo-Nb-Ta-Ti-V-W-Zr 组成空间中。

长久以来,新材料的研发主要依赖试错法,这种传统的研究范式不仅耗时费力,而且成本高昂。20世纪中叶起,随着蒙特卡罗方法、分子动力学和密度泛函理论(DFT)等计算物理方法的发展及其在不同材料体系中的应用,计算材料学逐渐成型,并广泛应用于信息技术、能源、化工、生物医药、航空航天等领域,成为探索物质世界、研发新材料的重要工具。近年来,随着计算材料学和人工智能(AI)快速发展,基于机器学习的材料设计逐渐成为可能。机器学习算法能够处理复杂的非线性关系,发现高维数据中的模式和规律,自动从数据中提取隐藏的关键特征,并且具备较强的泛化能力和迭代优化能力。这些优势与材料研究天然匹配,有望解决材料科学中设计空间巨大、构效关系复杂等关键共性难题。

(1)性质预测:利用机器学习挖掘材料的结构—性质关系(即构效关系),再结合材料数据库筛选和设计具有特定性能的新材料。

(2)合成预测:利用机器学习预测材料的合成方案、合成路径、具体的实验合成参数等。

(3)知识发现:利用自然语言模型,对文献库进行数据提取和知识挖掘以辅助材料设计。

(4)生成式逆向设计:基于生成式模型,根据对材料性能的需求,逆向设计材料的成分和结构。



2024年最火热专题技术

01、机器学习锂离子电池专题

02、机器学习材料专题

03、深度学习材料专题

04、深度学习有限元分析专题

05机器学习分子动力学专题(点击名称查看内容)

06深度学习PINN专题(点击名称查看内容)



课程目标

机器学习锂离子电池学习目标:

1.使学员了解锂离子电池的基本原理和特性,以及机器学习在电池技术中的应用背景。通过学习Python编程语言,使学员能够熟练使用基础语法、函数、模块、包和面向对象编程,让学员熟悉并掌握机器学习库。

2.使学员理解神经网络的基础知识,包括激活函数、损失函数、梯度下降与反向传播,并能够使用Pytorch构建全连接神经网络,掌握深度学习中的正则化技术、优化算法和超参数调优方法,了解并能够应用循环神经网络、卷积神经网络、图神经网络、注意力机制、Transformer架构、生成对抗网络和变分自编码器。

3.培养学员在锂离子电池正极材料特性工程方面的实战能力。通过实战项目,使学员能够使用机器学习技术预测锂离子电池性能、稳定性,并进行电池性能分类。理解如何将机器学习与分子动力学模拟、第一性原理计算以及实验数据结合,以加速新材料的发现和电池性能的优化。

4.电池管理系统(BMS)的智能化学习:使学员了解BMS的功能与组成,并能够应用机器学习技术进行电池充放电策略的优化。培养学员使用机器学习技术进行锂离子电池的实时充电状态(SOC)和健康状态(SOH)估计。

5.拓宽学员的国际视野,让他们接触和学习国际上的先进研究成果。培养具备跨学科整合能力的学员,使他们能够在锂离子电池、深度学习、数据科学等领域之间架起桥梁,开展创新性研究。


机器学习材料目标:1.掌握Python编程基础及其在科学计算中的应用:学会利用Python进行数据处理、模型构建与可视化,熟悉NumPy、Pandas等工具。2.理解材料与化学中的机器学习方法:掌握线性回归、逻辑回归、决策树、支持向量机等常见算法的基本原理与应用。3.应用机器学习解决材料科学问题:通过项目实践,深入理解数据采集、特征选择、模型训练与评估等步骤,学会使用sklearn等工具库完成任务。4.了解材料数据的特征工程与数据库应用:学习如何表示分子结构与晶体结构,并了解常见材料数据库的使用方法。5.提升实战能力并引导深入学习:通过多样化的项目实践案例,巩固课程内容,为后续深度学习等更复杂算法的学习打下基础。

深度学习材料目标:1.理解深度学习与材料科学的结合点:掌握深度学习在材料特征工程和化学中的应用,了解当前研究的前沿方向。

2.熟练使用材料数据库与工具库:学习材料基因组的基本方法,并熟练掌握Material Project、Pymatgen、ASE等常见数据库及工具库的使用。

3.掌握常见深度学习算法的原理与应用:深入理解卷积神经网络、时序神经网络、生成模型及图神经网络的工作原理及其在材料研究中的具体应用。

4.培养实战能力:通过动手实践,包括深度学习框架Pytorch和Pytorch Lightning的使用、卷积神经网络在材料图像识别中的应用、基于Transformer的属性预测模型构建、生成对抗网络和变分自编码器在材料生成中的应用等,提升解决材料研究实际问题的能力。


深度学习有限元分析学习目标:本课程旨在为学员提供深度学习与有限元分析结合的系统性知识,确保学员在理论与实践中都能掌握核心概念和应用技能。课程内容将涵盖有限元方法的基本原理,包括如何使用 Python 和 FEniCS 进行偏微分方程的求解,确保学员对有限元分析的基础有充分的理解。此外,课程还将探讨如何利用深度学习模型(如卷积神经网络)来增强有限元分析的能力,通过案例研究和实际代码示例,使学员能够在实际应用中运用所学知识。
在课程中,学员将深入了解现代深度学习技术如何为有限元方法提供新的视角与工具,包括无监督学习和强化学习的应用。例如,通过学习如何使用机器学习进行有限元分析,学员将掌握如何从大量仿真数据中提取有价值的信息,并将其转化为高效的材料模型。与此同时,课程将介绍高效的模型训练策略和数据增强技术,以提高模型的准确性和泛化能力。
最后,本课程将强调理论与实践相结合,学员将在课程结束时能够独立完成一个基于深度学习的有限元分析项目,涉及从数据准备到模型训练,再到结果分析的整个流程。通过这种全面的学习体验,学员将为未来在材料工程、结构分析及相关领域的研究与应用奠定坚实基础,具备解决复杂工程问题的能力。

讲师介绍

深度学习锂离子电池主讲老师来自全国重点大学、国家“985工程”、“211工程”重点高校,长期从事锂离子电池研究,特别是在利用计算模拟方法和机器学习技术解决锂离子电池领域的关键问题。在多个国际高水平期刊上发表 SCI检索论文30余篇。他的授课方式深入浅出,能够将复杂的理论知识和计算方法讲解得清晰易懂!


机器学习材料专题和深度学习材料专题主讲老师来自国内“985工程”顶尖高校材料物理与化学专业,长期从事材料科学、机器学习,未来互联网与命名数据网络,量子力学等领域。在多个国际高水平期刊上发表 SCI检索论文15余篇。国家发明专利一项,他的授课方式深入浅出,能够将复杂的理论知识和计算方法讲解得清晰易懂,受到学员们的一致认可和高度评价!


主讲老师来自国内顶尖985院校应用数学、计算数学、材料科学和流体力学专业,擅长应用数学、物理信息模型、机器学习建模与深度学习技术驱动交叉学科研究。近年来发表SCI论文12篇。研究方向包括:理论流体力学、智能材料、智能流体力学的量子计算、数据驱动的流体力学、流体力学的核函数方法、仿真实验分析等。




课程大纲

专题一:机器学习锂离子电池专题

第一天上午

锂离子电池与机器学习背景

Python基础语法、函数、模块和包、面向对象编程

机器学习库介绍:Numpy、Pandas、Matpliotlib、Seaborn、Scikit-learn

第一天下午

监督学习与非监督学习

K-近邻、支持向量机、决策树、线性回归、逻辑回归

实战一:使用机器学习预测锂离子电池性能:特征工程描述包括电池的充放电循环数据、温度、电流、电压、电池的制造参数、材料特性等,选择不同的机器学习模型,例如决策树、随机森林、支持向量机,最后进行性能评估。

第二天上午

K-均值聚类、层次聚类、PCA、t-SNE

集成学习:随机森林、Boosting

交叉验证、性能指标、模型评估与选择、网格搜索

实战二:聚类分析在电池性能分类中的应用:根据电池的容量、能量密度、内阻、循环稳定性等特征,选择合适的聚类算法,并通过降维判断聚类结果的有效性。

第二天下午

神经网络基础、激活函数、损失函数、梯度下降与反向传播

Pytorch构建全连接神经网络

深度学习中的正则化技术:L1、L2、Dropout

优化算法:SGD、Adam、RMSprop

超参数调优:网格搜索、随机搜索、贝叶斯优化

实战三:基于深度学习的高熵材料的虚拟高通量筛选: 收集和整理用于训练的数据集,包括高熵材料的化学组成、晶体结构、物理化学性质等,使用准备好的数据集对深度学习模型进行训练,并采用交叉验证等方法来评估模型的泛化能力。

第三天上午

循环神经网络

卷积神经网络

图神经网络

注意力机制

Transformer架构

生成对抗网络

变分自编码器

实战四:基于图神经网络的锂离子电池性能预测:构建图神经网络模型,选择合适的架构,如GCN、GAT等,来学习材料图特征节点和边的表示,用于预测锂离子电池性能。

第三天下午

锂离子正极材料的特征工程

实战五:基于机器学习的锂金属正极材料的稳定性预测:选择合适的机器学习模型,如支持向量机、随机森林、集成学习、神经网络,使用适当的评估指标,如准确率、召回率、F1分数等,来衡量模型预测锂金属正极材料稳定性的性能。

实战六:实验引导的高通量机器学习分析:讲解将机器学习模型集成到实验流程中,优化实验过程,实现从实验设计到数据分析的自动化和智能化。

第四天上午

基于锂离子电池的机器学习与多尺度模拟

机器学习、分子动力学模拟与第一性原理计算

机器学习与实验结合

实战七:机器学习加速寻找新的固体电解质:构建包含已知固体电解质材料的数据库,包括它们的化学组成、晶体结构、离子导电性等属性,利用训练好的模型对大量候选材料进行虚拟筛选,预测它们的离子导电性,快速识别出有潜力的新固体电解质。

第四天下午

机器学习在电池管理系统中的应用介绍

电池管理系统(BMS)的功能与组成

电池充放电管理

电池安全与保护

电池健康状态的指标

电池老化分析

基于机器学习的电池充放电策略优化

第五天上午

实战八:电池管理系统:物理模型与机器学习集成:利用机器学习预测电池的长期性能和寿命,将机器学习集成到BMS中,实现对电池状态的实时监控和控制,定期评估机器学习模型的性能,并根据新的数据和反馈进行优化。

实战九:机器学习用于锂离子电池的实时充电状态(SOC)和健康状态(SOH)估计:收集电池在不同充放电条件下的运行数据,包括电压、电流、温度、充放电时间等,训练机器学习模型,并通过交叉验证等方法评估模型的准确性和泛化能力,实现对SOC和SOH的实时估计。

第五天下午

实战十:基于GRU、LSTM、Transformer锂电池剩余寿命预测:重点讲解如何设计GRU、LSTM或Transformer模型的架构,包括层数、隐藏单元的数量、输入和输出维度等,比较GRU、LSTM和Transformer模型的性能。

实战十一:从实验数据出发重构Mn-DRX设计思路:讲解通过深度学习模型预测无序岩盐(DRX)材料结构和性能之间的关系,构造给定条件下的电压和容量之间的关系映射,讲解DRXNet模型将正极材料化学组分、电化学测试电流密度、工作电压窗口以及循环次数作为输入,来预测若干条放电曲线。


部分案例图片:



专题二:机器学习材料设计专题

01

材料机器学习概述与python基础

【理论内容】

1. 机器学习概述

2. 材料与化学中的常见机器学习方法

3. 应用前沿

【实操内容】

1)Python基础

1)开发环境搭建

2)变量和数据类型

3)控制流

2)Python基础(续)

1)函数

2)类和对象

3)模块

3. Python科学数据处理

1)NumPy

2)Pandas

3)绘图可视化

4)文件系统

02

第二天:常见机器学习方法与实践1

【理论内容】

1. 线性回归

1)线性回归的原理

2)线性回归的应用

2. 逻辑回归

1)逻辑回归的原理

2)逻辑回归的应用

3. K近邻(KNN)

1)K近邻的原理

2)K近邻的应用

4. 感知机(浅层神经网络)

1)感知机的原理

2)使用感知机进行回归

3)使用感知机进行分类

【实操内容】

1. 线性回归的实现与初步应用

2. 逻辑回归的实现与初步应用

3. K近邻的实现与初步应用

4. 感知机的实现与初步应用

【项目实操内容】

1. 机器学习对CO2催化活性的预测|机器学习入门简单案例 【文章

1)机器学习材料与化学应用的典型步骤

a)数据采集和清洗

b)特征选择和模型选择

c)模型训练和测试

d)模型性能评估和优化

2)sklearn库介绍

a)sklearn库的基本用法

b)sklearn库的算法API

c)sklearn库的模型性能评估


03

第三天 常见机器学习方法与实践2

【理论内容】

1. 决策树

1)决策树的原理

2)决策树的应用

2. 集成学习

1)集成学习的原理

2)集成学习的方法和应用

3. 朴素贝叶斯

1)朴素贝叶斯的原理

2)朴素贝叶斯的应用

4. 支持向量机

1)支持向量机的原理

2)支持向量机的应用

【实操内容】

1. 决策树的实现和应用

2. 随机森林的实现和应用

3. 朴素贝叶斯的实现和应用

4. 支持向量机的实现和应用

【项目实操内容】

1. 利用集成学习预测双金属ORR催化剂活性【文章

1)Sklearn中的集成学习算法

2)双金属ORR催化活性预测实战

a)数据集准备

b)特征筛选

c)模型训练

d)模型参数优化


2. 使用支持向量机预测高熵合金相态【文章

1)支持向量机的可视化演示

a)绘制决策边界

b)查看不同核函数的区别

2)支持向量机预测高熵合金相态(分类)

a)数据集准备

b)数据预处理

c)特征工程

d)模型训练及预测

3)支持向量机预测生物炭材料废水处理性能(回归)

a)数据集准备

b)数据预处理

c)模型训练及预测

04

第四天 常见机器学习方法与实践3

【理论内容】

1. 无监督学习

1)什么是无监督学习

2)无监督学习算法-聚类

3)无监督学习算法-降维

2. 材料与化学数据的特征工程

1)分子结构表示

2)晶体结构表示

3. 数据库

1)材料数据库介绍

2)Pymatgen介绍

【实操内容】

1. 无监督学习算法的实现与应用

2. 分子结构的表示

3. 晶体结构的表示

4. 数据库实操

【项目实操内容】

1. 无监督学习在材料表征中应用【文章

1)K-Means聚类算法

2)石墨烯样品数据集准备

3)二维电镜图像处理

4)聚类及统计

2. 利用机器学习预测高能材料分子性质【文章

1)高能分子数据集准备

2)从SMILES生成分子坐标

3)从分子坐标计算库伦矩阵

4)测试不同分子指纹方法

5)比较不同特征化方法

6)模型性能评估


05

第五天 项目实践专题

【项目实操内容】

1.利用机器学习加速发现耐高温氧化的合金材料【文章

1)合金材料数据集准备

2)数据预处理

3)特征构建和特征分析

4)多种模型训练

5)使用训练好的模型进行推理


2.决策树(可解释性机器学习)预测AB2合金的储氢性能【文章

1)储氢合金材料数据集准备

2)决策树基本流程

3)动手建立一棵树

4)决策树剪枝

5)决策过程可视化和特征重要性分析

6)分类决策树和回归决策树的区别

3.分子渗透性分类预测

1)使用定量的1D分子描述符和不同的机器学习模型进行QSAR模型的训练和预测

2)使用定性的2D分子描述符和不同的机器学习模型进行QSAR模型的训练和预测

3)比较不同分子描述方法对QSAR模型性能的影响

4. 多层感知机预测单晶合金晶格错配度【文章

1)PyTorch与Scikit-learn中多层感知机的区别

2)使用PyTorch构建多层感知机

3)训练PyTorch多层感知机模型预测单晶合金晶格错配度

4)PyTorch多层感知机模型参数优化


专题三:深度学习材料专题

01

第一天:深度学习与材料特征工程

【理论内容】

1.深度学习概述

2.材料特征工程

3. 材料与化学中的常见深度学习方法

4. 应用前沿

【实操内容】

1.Pytorch深度学习框架实操

1)认识Pytorch

2)Pytorch深度学习模型的建立范式

3)为预测任务建立Pytorch深度学习模型

2.Pytorch Lightning框架实操

1)使用Pytorch Lightning训练模型

2)设置最佳保存点和早停

02

第二天:材料基因组(工具库及数据库)

【理论内容】

1.材料基因组概述

2.材料基因组的基本方法

3.常见材料数据库介绍

【实操内容】

1.Material Project数据库与Pymatgen

1)Material Project数据库实操

2)Pymatgen库实操(matgenb)

2.ASE(Atomic Simulation Environment)实操

3.OQMD数据库数据获取与使用(qmpy_rester)

4.AFLOW数据库数据获取与使用(aflow)

5.材料特征工具Matminer实操

1)Matminer获取材料数据集

2)Matminer生成材料描述符

03

第三天 常见的深度学习算法、应用及实践1

【理论内容】

1. 卷积神经网络(CNN)

1)CNN的介绍

2)CNN的原理

3)ResNet的介绍及原理

【项目实操内容】

1.CNN入门案例、深度神经网络模型的预训练及微调

1)使用微调的预训练ResNet预测mnist数据集

2)从头开始训练ResNet预测mnist数据集

2.STEM图像生成

1)STEM图像数据读取与处理

2)使用ASE创建原子模型

3)模拟二硫化钼中硫原子的缺失

4)生成硫原子缺失的STEM仿真图像

3.卷积神经网络在合金电镜图片识别的应用【文章

1)合金电镜数据集介绍及图像预处理

2)构建简单CNN模型进行分类

3)使用预训练模型VGG16进行分类

4)使用预训练模型DenseNet201进行分类

5)模型性能展示


4. 基于粉末X射线衍射图谱的晶体对称性识别CNN模型【文章

1)XRD图像数据集准备

2)使用PyTorch处理数据集

3)PyTorch训练一维图像数据预测模型

4)PyTorch模型验证和测试


04

第四天 常见的深度学习算法、应用及实践2

【理论内容】

1. 时序神经网络

1)RNN的介绍及原理

2)LSTM的介绍及原理

3)GRU的介绍及原理

4)Transformer的介绍及原理

【项目实操内容】

1.LSTM&GRU入门案例

1)使用PyTorch实现时序预测模型

2)训练LSTM模型

3)训练GRU模型

4)模型评估

2.基于GRU/Transformer网络预测锂电池的老化轨迹【文章

1)电池数据集准备与分析

2)原始数据分割与处理

3)训练GRU模型预测电池老化轨迹

4)训练Transformer模型预测电池老化轨迹

5)模型性能评估与预测


3. 基于Transformer对聚合物性质进行预测【文章

1)聚合物数据集准备

2)对聚合物数据进行特征编码

3)使用预训练的Transformer

4)以K折交叉验证的方式微调Transformer模型预测聚合物性能

05

第五天 常见的深度学习算法、应用及实践3

【理论内容】

1.生成模型

1)生成对抗网络(GAN)的介绍及原理

2)变分自编码器(VAE)的介绍及原理

3)扩散模型(Diffusion Model)的介绍及原理

2.图神经网络

1)图神经网络(GNN)的介绍及原理

【项目实操内容】

1.基于VAE逆向生成晶体材料【文章

1)晶体结构体素空间编码

2)使用变分自编码器进行晶体结构自动生成

3)变分自编码器的潜空间采样

2.基于Transformer架构的自回归模型生成指定空间群的晶体材料【文章

1)基于Transformer架构的自回归模型

2)基于对称性的晶体结构表示

3)使用训练好的自回归模型进行指定空间群的晶体材料生成


3.图神经网络入门、分子图编码及预测

1)图神经网络实操

2)小分子的图表示

3)使用图神经网络对小分子进行分类预测


专题四:深度学习有限元分析

第一天:深度学习与有限元基础

1.有限元分析(FEM)基础:【理论知识+代码+实操】

1.1知识点剖析:有限元法的基本原理,如网格划分和节点分析。

1.2知识点剖析:介绍有限元在结构分析、热传导、流体力学等领域的实际应用。

1.3知识点剖析:解释有限元法的优缺点,特别是计算复杂性和精度问题。

1.4案例展示与实操:有限元法分析及数值求解

2.深度学习基础与案例实操:【理论知识+代码+实操】

2.1剖析神经网络的基本组成,包括输入层、隐藏层和输出层。

2.2剖析常用的激活函数,如ReLU、sigmoid和softmax及其作用。

2.3剖析损失函数的定义及其在模型训练技术原理。

2.4深度学习案例与实操:深度学习技术迁移至有限元分析【代码+实操】

3.有限元与深度学习结合的必要性【理论结合案例知识】

3.1剖析传统有限元方法及其局限性,特别是在处理复杂材料和几何时的不足。

3.2剖析深度学习技术提高模型的自适应性与非线性特征处理能力。

3.3利用深度学习进行数据驱动建模的前景与应用。

4.深度学习结合有限元案例分析:

4.1实现CNN自动生成的材料工程数据样本的具体方法。

4.2分析数据集的特征,包括样本数量、数据维度和标注信息。

4.3利用获取的样本改进有限元分析的准确性和效率。

第二天:有限元方法与深度学习的实践【理论知识+代码+实操】

1.PDE求解与有限元结合:

1.1介绍如何使用 FEniCS 进行偏微分方程的建模与求解。

1.2讲解偏微分方程的离散化方法,包括网格生成与基函数选择。

1.3实现如何将 FEM 结果转化为可用于深度学习的格式。

2.数据预处理:

2.1讲解如何提取有限元仿真结果中的关键特征,确保数据质量。

2.2实现FEM数据归一化和标准化的方法,以提高模型训练效果。

2.3介绍数据增强技术,增加样本多样性以改善模型泛化能力。

3.深度学习模型构建:

3.1指导如何选择适合有限元数据的深度学习模型结构(如CNN、RNN等)。

3.2讲解模型超参数的选择和调优,包括学习率、批量大小和训练轮数。

3.3实现通过交叉验证评估模型性能,避免过拟合。

3.4基于深度学习的晶体塑性有限元模型 

4.案例实践:

4.1实际操作,构建一个简单的有限元与深度学习结合的模型。

4.2使用TensorFlow或PyTorch进行模型的训练和评估。

4.3分析模型输出,并与传统有限元方法的结果进行对比。

第三天:应用深度学习改进有限元模拟

1.材料行为建模【理论知识+代码+实操】:

1.1介绍EUCLID如何识别材料行为及其应用于弹塑性模型的优势。

1.2讲解路径相关材料行为的定义和重要性,以及如何进行建模。

1.3实现将材料行为模型与深度学习算法相结合,以提高预测准确性。

2.弹塑性材料模拟【理论知识+代码+实操】:

2.1探索全场弹塑性有限元模拟的基本原理和步骤。

2.2讲解如何利用深度学习算法进行塑性校正,提高模型的可靠性。

2.3分享弹塑性模拟的实际案例,分析模型的表现及其改进方向。

3.使用机器学习优化有限元分析【理论知识+代码+实操】:

3.1介绍如何利用深度学习算法进行参数识别和优化方法。

3.2实现机器学习在加速有限元分析过程中的应用,简化模型计算。

3.3实现优化算法与有限元模拟结果的结合,提升整体分析效率。

4.实践操作【理论知识+代码+实操】:

4.1通过具体案例,实施机器学习增强的有限元模型。

4.2分析并可视化模型结果,比较传统和机器学习方法的性能。

4.3识别潜在的改进领域和未来研究方向。

第四天:深度学习在有限元中的高级应用

1.神经网络学习有限元【理论知识+代码+实操】

1.1探索神经网络如何从有限元数据中提取特征并进行学习。

1.2讨论不同类型神经网络(如CNN、RNN)在有限元分析中的适用性。

1.3介绍模型训练中使用的正则化技术,以防止过拟合。

2.混合模型实现【理论知识+代码+实操】

2.1讲解如何构建增强神经网络混合模型,以结合FEM与深度学习的优势。

2.2分享不同模型组合的策略,分析其对结果的影响。

2.3实际演示构建和训练混合模型的过程。

3.实例分析【理论知识+代码+实操】:

3.1深入研究基于深度学习的晶体塑性有限元模型,讨论其应用场景。

3.2分析模型的优缺点,并探讨改进方向。

3.3展示模型的实际结果与传统方法的比较。

3.4使用逐点位移和域的有限元网格应用

4.技术演示与实操【理论知识+代码+实操】:

4.1通过U-Net架构进行应力分布预测的实际案例演示。

4.2讲解U-Net在图像分割和分析中的优势及其实现步骤。

4.3分享实践结果,讨论如何将U-Net模型应用于复杂工程问题。

4.4在有限元方法中使用基于机器学习技术的U-Net架构

第五天:综合项目与前沿技术

1.综合案例项目:

1.1设计一个完整的项目,结合深度学习与有限元方法,解决实际工程问题。

1.2介绍项目的背景、目标及所用技术,确保项目的系统性。

1.3讲解项目实施的步骤和方法,包括数据采集、模型构建和评估。

2.前沿研究研读【理论知识+代码+实操】:

2.1介绍基于 JAX 的 GPU 加速可微分有限元分析方法及其应用前景。

2.2讨论最新的研究成果和技术趋势,分析其对有限元分析的影响。

2.3介绍其他前沿技术(图神经网络)在有限元中的潜在应用。

2.4分享有效的解决方案和案例,帮助学员应对实际问题。

3.论文前沿导读【理论知识+代码+实操】:

3.1展望深度学习在有限元分析中的未来应用与发展方向。

3.2精读深度学习在有限元分析中的论文技术。


课程特色及增值服务

线上授课时间和地点自由,建立专业课程群进行实时答疑解惑,理论+实操授课方式结合大量实战案例与项目演练,聚焦人工智能技术在材料预测有限元分析与流体力学领域的最新研究进展,课前发送全部学习资料,课程提供全程答疑解惑;


完全贴合学员需求的课程体系设计,定期更新的前沿案例,由浅入深式讲解,课后提供无限次回放视频,免费赠送二次学习,发送全部案例资料,永不解散的课程群,可以与相同领域内的老师同学互动交流问题,让求知的路上不再孤单!

增值服务

1、凡参加人员将获得本次课程学习资料及所有案例模型文件;

2、课程结束可获得本次所学专题全部回放视频;

3、课程会定期更新前沿内容,参加本次课程的学员可免费参加一次本单位后期举办的相同专题课程(任意一期)

课程会议完毕后老师长期解疑,课程群不解散,往期会议学员对于会议质量和授课方式一致评价极高!

学员对于会议答疑给予高度评价!


课程时间



机器学习锂离子电池:

2024.11.23----2024.11.24(上午9.00-11.30下午13.30-17.00)

2024.11.26----2024.11.27(晚上19.00-22.00)

2024.11.30----2024.12.01(上午9.00-11.30下午13.30-17.00)

腾讯会议 线上授课(共五天课程 提供全程视频回放)


机器学习材料:

2024.10.19----2024.10.20(上午9.00-11.30下午13.30-17.00)

2024.10.23----2024.10.24(晚上19.00-22.00)

2024.10.26----2024.10.27(上午9:00-11:30下午13:30-17:00)

腾讯会议 线上授课(共五天课程 提供全程视频回放)


深度学习材料:

2024.11.2----2024.11.3(上午9.00-11.30下午13.30-17.00)

2024.11.6----2024.11.7(晚上19.00-22.00)

2024.11.9----2024.11.10(上午9:00-11:30下午13:30-17:00)

腾讯会议 线上授课(共五天课程 提供全程视频回放)


深度学习有限元分析:

2024.11.23----2024.11.24(上午9.00-11.30下午13.30-17.00)

2024.11.26----2024.11.27(晚上19.00-22.00)

2024.11.30----2024.12.01(上午9.00-11.30下午13.30-17.00)

腾讯会议 线上授课(共五天课程 提供全程视频回放)



课程费用

深度学习有限元分析、机器学习锂离子电池机器学习材料、深度学习材料每人每班¥4680元(包含会议费、资料费、提供课后全程回放资料)


机器学习分子动力学每人每班¥5280元(包含会议费、资料费、提供课后全程回放资料)


早鸟价:

提前报名缴费学员可得300元优惠(仅限前15名)


套餐价:

同时报名两个课程¥9080元 (报2赠1可任选三门课程学习)

年报优惠:20880元可以免费学习本单位举办的任意课程


报名费用可开具正规报销发票及提供相关缴费证明、邀请函,可提前开具报销发票、文件用于报销


报名咨询方式(请扫描下方二维码)

RECRUIT

联系人老师

咨询电话|13141346157(微信同号)

钙钛矿太阳能电池
本公众号为研究钙钛矿太阳能电池的老师和同学们提供本方向的最新进展,提供最尖端的科研技术,带动中国在新型太阳能电池的研发达到国际领先水平!
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