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利用缩减基谱元方法的缩减方法有效计算分岔图。 (英语) Zbl 1472.65152号

摘要:大多数最常见的物理现象可以用偏微分方程(PDE)来描述。然而,它们通常具有强非线性的特征。这些特征导致了分叉理论所研究的多个解的共存。不幸的是,在实际场景中,人们必须利用数值方法来计算偏微分方程组的解,即使当存在更多分支时,经典技术通常只能计算参数的任何值的单个解。在这项工作中,我们实现了一种详细的压缩延拓方法,该方法依赖于谱元方法(SEM)和约化基方法(RB),以有效计算具有更多参数和更多分岔点的分岔图。将经典延拓方法与收缩延拓方法相结合可以得到收缩延拓法:前者用于完全跟踪图的每个已知分支,而后者用于发现新的分支。最后,当考虑多个参数时,可以在在线阶段计算图表,而在离线阶段,只需计算一维图表,从而确保计算效率。在这项工作中,在对该方法进行了更详细的描述之后,我们将展示使用该方法计算与Navier-Stokes方程控制的问题相关联的分岔图时可以获得的结果。

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65号35 偏微分方程边值问题的谱、配置及相关方法
35B60毫米 PDE解决方案的延续和延长
35B32型 PDE背景下的分歧
35季度30 Navier-Stokes方程
76D05型 不可压缩粘性流体的Navier-Stokes方程
76E30型 水动力稳定性中的非线性效应
76平方米 谱方法在流体力学问题中的应用
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参考文献:

[1] Allgower,E。;Georg,K.,《数值连续方法导论》(2003),费城:工业和应用数学学会,费城·Zbl 1036.65047号 ·doi:10.1137/1.9780898719154
[2] Babuška,I.,有限元方法的误差界限,数值。数学。,16, 4, 322-333 (1971) ·Zbl 0214.42001号 ·doi:10.1007/BF0216503
[3] Ballarin,F.,Manzoni,A.,Quarteroni,A.,Rozza,G.:参数化定常不可压Navier-Stokes方程的POD-Galerkin近似的Supremizer镇定。技术报告5,《国际工程数值方法杂志》(2015)·Zbl 1352.76039号
[4] Barrault,M。;Maday,Y。;Nguyen,北卡罗来纳州;Patera,AT,《一种经验插值方法:在偏微分方程高效降基离散化中的应用》,Comptes-Rendus Math。,339, 9, 667-672 (2004) ·Zbl 1061.65118号 ·doi:10.1016/j.crma.2004.08.006
[5] Boulé,N.,Farrel,P.:对称群的分岔分析。ENS Rennes和牛津大学。暑期实习报告(2017)
[6] 布雷齐,F。;Rappaz,J。;Raviart,PA,非线性问题的有限维近似。I非奇异解分支,Numer。数学。,36, 1, 1-25 (1980) ·Zbl 0488.65021号 ·doi:10.1007/BF01395985
[7] 布雷齐,F。;拉帕斯,J。;Raviart,PA,非线性问题的有限维近似。II极限点,数字。数学。,37, 1, 1-28 (1981) ·Zbl 0525.65036号 ·doi:10.1007/BF01396184
[8] 布雷齐,F。;Rappaz,J。;Raviart,PA,非线性问题的有限维近似。III简单分叉点,数值。数学。,38, 1, 1-30 (1982) ·Zbl 0525.65037号 ·doi:10.1007/BF01395805
[9] 贝格,M。;Dörfler,W.,高维空间中自适应hp有限元策略的收敛性,应用。数字。数学。,61, 11, 1132-1146 (2011) ·Zbl 1230.65115号 ·doi:10.1016/j.apnum.2011.07.008
[10] Burger,M.:不可压缩流动的数值方法。基于RenéPinnau,TU Darmstadt(2004)的课堂讲稿
[11] Canuto,C.,Verani,M.:椭圆问题自适应谱/hp方法的数值分析。偏微分方程的分析和数值,第165-192页(2013)·Zbl 1271.65143号
[12] 卡努托,C。;侯赛尼,MY;Quarteroni,A。;臧,TA,光谱方法:单域基础。科学计算,第二十二卷,581(2006),柏林:施普林格,柏林·兹比尔1093.76002 ·doi:10.1007/978-3-540-30726-6
[13] 卡努托,C。;侯赛尼,MY;Quarteroni,A。;Zang,TA,《光谱方法:复杂几何学的演变和流体动力学应用》,第XXX卷,596(2007),柏林:Springer科学与商业媒体,柏林·Zbl 1121.76001号 ·doi:10.1007/978-3-540-30728-0
[14] 康斯坦丁,P。;Foias,C.,Navier-Stokes方程(1988),芝加哥:芝加哥大学出版社,芝加哥·Zbl 0687.35071号 ·doi:10.7208/chicago/9780226764320.001.0001
[15] 迪杰斯特拉,HA;Wubs,FW;克利夫,阿拉斯加州;Doedel,E。;Dragomirescu,IF;埃克哈特,B。;格尔夫加特,AY;阿拉巴马州黑泽尔;卢卡里尼,V。;塞林格公司;美国东部时间菲普斯;桑切斯·翁布里亚,J。;Schuttelaars,H。;塔克曼,LS;Thiele,U.,《数值分岔方法及其在流体动力学中的应用:模拟之外的分析》,Commun。计算。物理。,15, 1, 1-45 (2014) ·Zbl 1373.76026号 ·doi:10.4208/cicp.240912.180613a
[16] 法里德,H。;辛格勒,JR;Zhang,Y。;沈,J.,pde模拟数据的增量本征正交分解,计算。数学。申请。,75, 6, 1942-1960 (2018) ·Zbl 1409.65069号 ·doi:10.1016/j.camwa.2017.09.012
[17] 法雷尔,PE;伯基森,A。;Funke,SW,《寻找非线性偏微分方程不同解的通缩技术》,SIAM J.Sci。计算。,37、4、A2026-A2045(2015)·Zbl 1327.65237号 ·数字对象标识代码:10.1137/140984798
[18] Farrel,P.E.,Beentjes,C.H.L.,Birkisson,A.:断开分岔图的计算。arXiv:1603.00809(2016)
[19] Golub,生长激素;Van Loan,CF,《矩阵计算》(2012),巴尔的摩:约翰霍普金斯大学出版社,巴尔的摩尔·Zbl 1268.65037号
[20] Haasdonk,B.,POD-贪婪方法的收敛速度,ESAIM:数学。模型。数字。分析。,47, 3, 859-873 (2013) ·Zbl 1277.65074号 ·doi:10.1051/m2安/2012045
[21] Hess,M.W.,Rozza,G.:参数CFD中的谱元缩减基方法。摘自:欧洲数值数学和高级应用会议——ENUMATH 2017,第17卷,第693-701页(2017)·Zbl 1425.76175号
[22] 赫斯,M。;Alla,A。;奎尼,A。;Rozza,G。;Gunzburger,M.,具有分叉解的偏微分方程的局部降阶建模方法,计算。方法应用。机械。工程师,351379-403(2019)·Zbl 1441.65082号 ·doi:10.1016/j.cma.2019.03.050
[23] Hess,M.W.,Quaini,A.,Rozza,G.:具有几何变化的Navier-Stokes方程的谱元缩减基方法。arXiv:1812.11051v2(2019b)
[24] Hess,M.W.,Quaini,A.,Rozza,G.:变曲率区域中Navier-Stokes方程的简化基模型阶数缩减。国际期刊计算。流体动力学。doi:10.1080/10618562.2019.1645328(2019c)·Zbl 1482.76089号
[25] 赫塞文,J。;Rozza,G。;Stamm,B.,《参数化偏微分方程的认证简化基方法》(2015),柏林:Springer数学简报,柏林·Zbl 1329.65203号
[26] Holmes,M.,Gray,A.,Isbell,C.:大型矩阵的快速奇异值分解。In:NIPS高效机器学习研讨会,第58卷,第249-252页,亚特兰大(2007)
[27] Huynh,DBP;Knezevic,DJ;Patera,AT,《一种静态凝聚约化基元方法:复杂问题,计算》。方法应用。机械。工程,259197-216(2013)·Zbl 1286.65160号 ·doi:10.1016/j.cma.2013.02.013
[28] 通用电气公司Karniadakis;Sherwin,SJ,CFD的光谱/hp元素方法。《数值数学与科学计算》(2013),纽约:牛津大学出版社,纽约
[29] Keller,H.B.:分岔问题数值方法讲座。Springer-Verlag(1987)·Zbl 0656.65063号
[30] Kielhöfer,H.,《分歧理论:PDE应用简介》,第156卷(2006),奥格斯堡:施普林格科学与商业媒体,奥格斯堡
[31] Kunisch,K。;Volkwein,S.,Galerkin流体动力学一般方程的本征正交分解方法,SIAM J.Numer。分析。,40, 2, 492-515 (2002) ·Zbl 1075.65118号 ·doi:10.1137/S0036142900382612
[32] Kuznetsov,YA,《应用分叉理论的要素》(2013),乌得勒支:施普林格科学与商业媒体,乌得勒支
[33] Lassila,T.、Manzoni,A.、Quarteroni,A.、Rozza,G.:流体动力学中的模型降阶:挑战与展望。In:Quarteroni,A.,Rozza,G.(eds.)《建模与计算简化的降阶方法》,《建模、仿真与应用》第9卷,第9章,第9卷第235-273页。米兰施普林格(2014)·Zbl 1395.76058号
[34] 勒夫格伦,AE;Maday,Y。;罗恩奎斯特,EM,稳态斯托克斯问题的简化基元方法,ESAIM:Math。模型。数字。分析。,40, 3, 529-552 (2006) ·Zbl 1129.76036号 ·doi:10.1051/2006021
[35] Maday,Y.,Patera,A.T.:navier-stokes方程的谱元方法。摘自:《计算力学现状调查》(A90-47176 21-64),第71-143页,纽约(1989)
[36] Maday,Y,Patera,A.T.,Rønquist,E.M.:斯托克斯问题的适定最优谱元近似。美国国家航空航天局最终报告。兰利研究中心,汉普顿(1987)
[37] 穆萨维,S。;Xiao,H。;Sukumar,N.,《任意多边形上的广义高斯求积规则》,Int.J.Numer。方法工程,82,99-113(2010)·Zbl 1183.65026号 ·doi:10.1002/nme.2759
[38] Nektar++:在线文档。http://doc.nektar.info/doxygen/3.3/class_nektar_1_1_coupled_linear_n_s.html。(2019年1月9日访问)
[39] Patera,A.,Rozza,G.:参数化偏微分方程的简化基近似和后验误差估计。麻省理工学院帕帕拉多机械工程专著。http://augustine.mit.edu,版权所有麻省理工学院(2007-2010)(2007)
[40] Pichi,F。;Rozza,G.,非线性Von Kármán方程参数化分岔问题的约化基方法,J.Sci。计算。,81, 1, 112-135 (2019) ·Zbl 1427.35275号 ·doi:10.1007/s10915-019-01003-3
[41] Pichi,F.,Quaini,A.,Rozza,G.:研究分岔现象的降阶技术:应用于Gross-Pitaevskii方程。arXiv:1907.07082(2019)·Zbl 1451.65227号
[42] Pitton,G。;Rozza,G.,《关于约化基方法在不可压缩流体动力学分岔问题中的应用》,《科学杂志》。计算。,73, 1, 157-177 (2017) ·Zbl 1433.76122号 ·doi:10.1007/s10915-017-0419-6
[43] Pitton,G。;奎尼,A。;Rozza,G.,《在不可压缩流体动力学中检测稳定分叉的计算简化策略:在心脏病科恩达效应中的应用》,J.Compute。物理。,344, 534-557 (2017) ·doi:10.1016/j.jcp.2017.05.010
[44] Segal,I.A.:不可压缩Navier-Stokes方程的有限元方法。代尔夫特理工大学(2012)
[45] Seydel,R.,《实践分歧和稳定性分析》(2009),纽约:施普林格科学与商业媒体,纽约·兹比尔1195.34004
[46] Sherwin,SJ,Nektar++:开源光谱/hp元素框架,计算。物理学。社区。,192, 205-219 (2015) ·Zbl 1380.65465号 ·doi:10.1016/j.cpc.2015.02.008
[47] Shewchuk,JR,Delaunay三角网格生成的细化算法,计算。地理。,22, 1-3, 1-74 (2012) ·Zbl 1016.68139号
[48] IJ索贝;Drazin,PG,二维通道流动的分岔,流体力学杂志。,171, 263-287 (1986) ·Zbl 0609.76050号 ·doi:10.1017/S0022112086001441
[49] 索林,P。;Segeth,K。;Dolezel,I.,《高阶有限元方法》(2003),博卡拉顿:查普曼和霍尔/CRC,博卡拉通·doi:10.1201/9780203488041
[50] 施蒂夫斯,D。;总厚度,T。;斯特尔,R。;Feudel,U.,分叉面计算与可视化,国际分叉杂志。《混沌》,18,8,2191-2206(2008)·Zbl 1165.34366号 ·doi:10.1142/S021127408021658
[51] Tritton,DJ,《物理流体动力学》(2012),牛津:Springer Science and Business Media,牛津·Zbl 0383.76001号
[52] 乌尔曼,S。;Rotkvic,M。;Lang,J.,POD-Galerkin使用自适应有限元快照进行降阶建模,J.Compute。物理。,325, 244-258 (2016) ·Zbl 1375.35031号 ·doi:10.1016/j.jcp.2016.08.018
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