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守恒定律系统的超保守侵入不确定性量化方法的振荡缓解。 (英语) Zbl 1498.65143号

如果由于测量误差而无法准确获得关键数据或参数,则不确定性在双曲守恒律系统建模中起着关键作用。因此,为了充分描述现实,需要在确定性系统的近似中包含非确定性效应。人们提出了许多方法来量化不确定性,如基于贝叶斯反演的方法、蒙特卡罗算法或随机Galerkin方案,以便在预测和仿真中考虑这些不确定性。在这些不确定性量化(UQ)方法的背景下,有所谓的非侵入性和侵入性方法。
在本文中,作者重点介绍了侵入式UQ方法,该方法旨在提高整体效率,但需要修改确定性问题的底层求解器。双曲守恒律UQ方法的最大挑战在于,物理空间中的不连续性传播到解流形中,并导致振荡,从而转化为激波周围预期值的非物理阶梯式近似。
作者提出了两种策略来确保振荡的缓解和双曲性的保持,方法是将多元分析与双曲限制器结合使用,并对随机Galerkin进行滤波,以及将IPM方法推广到多元基函数。这两种策略都扩展到了自适应性,允许根据解决方案的平滑度调整每个多元素中的基函数数。他们在二维欧拉方程的数值示例(如NACA翼型和喷嘴测试用例)上评估和比较了这两种方法,并观察到伪影的缓解。将多元素分析用于IPM还可以显著降低计算成本。

MSC公司:

6500万08 含偏微分方程初值和初边值问题的有限体积法
65M60毫米 涉及偏微分方程初值和初边值问题的有限元、Rayleigh-Ritz和Galerkin方法
65K10码 数值优化和变分技术
2005年5月 并行数值计算
49米41 PDE约束优化(数值方面)
35英镑 PDE背景下的振荡、解的零点、中值定理等
35升60 一阶非线性双曲方程
35升65 双曲守恒律
第31季度35 欧拉方程
35问题62 与统计相关的PDE
37升65 无穷维耗散动力系统的特殊逼近方法(非线性Galerkin等)
76立方英尺10英寸 射流和空腔、空化、自由流线理论、进水问题、翼型和水翼理论、晃动
35卢比60 随机偏微分方程的偏微分方程
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参考文献:

[1] 席林斯,C。;Stuart,A.M.,《反问题的集合卡尔曼滤波器分析》,SIAM J.Numer。分析。,55, 1264-1290 (2017) ·Zbl 1366.65101号
[2] Abgrall,R。;Congedo,P.M.,《非线性流体流动问题中不确定性量化的半侵入式确定性方法》,J.Compute。物理。,235, 828-845 (2013)
[3] Abgrall,R.,《非线性问题中不确定性量化的简单、灵活和通用确定性方法:流体流动问题的应用技术》。代表(2008)
[4] Gottlieb,D。;Xiu,D.,不确定系数波动方程的Galerkin方法,Commun。计算。物理。,3, 505-518 (2008) ·Zbl 1195.65009号
[5] Kolb,O.,《稀疏网格的三阶分层基WENO插值及其在不确定数据守恒定律中的应用》,J.Sci。计算。,74, 1480-1503 (2018) ·Zbl 1397.65204号
[6] (Jin,S.;Pareschi,L.,双曲和动力学方程的不确定性量化。双曲和动力方程的不确定量化,SEMA SIMAI Springer系列,第14卷(2017),Springer国际出版:Springer International Publishing Cham)·Zbl 1393.35003号
[7] van den Bos,L.M.M。;桑德斯,B。;比尔博姆,W.A.A.M。;van Bussel,G.J.W.,基于自适应加权Leja节点的插值多项式贝叶斯模型校准,Commun。计算。物理。,27, 33-69 (2018) ·Zbl 1473.62096号
[8] Yan,L。;Zhou,T.,反演问题中贝叶斯推断的自适应多保真多项式混沌方法,J.Compute。物理。,381, 110-128 (2019) ·Zbl 1451.62033号
[9] Lye,K.O.,衡量值解决方案的多级蒙特卡罗(2016)
[10] S.Heinrich,多层蒙特卡罗方法,大尺度科学计算,见:LSSC 2001年第三届国际会议,第2170卷,保加利亚索佐波尔,2001年,第58-67页·Zbl 1031.65005号
[11] Giles,M.B.,多层蒙特卡罗路径模拟,Oper。研究,56,607-617(2008)·Zbl 1167.65316号
[12] 米什拉,S。;新罕布什尔州里塞布罗。;施瓦布,C。;Tokareva,S.,带随机通量函数的标量守恒律的数值解,SIAM-ASA J.不确定性。数量。,4, 552-591 (2016) ·Zbl 1343.65007号
[13] 米什拉,S。;施瓦布,C。;Šukys,J.,(非线性平衡定律系统中不确定性量化的多级蒙特卡罗有限体积法。非线性平衡定律体系中不确定性定量的多级蒙特卡洛有限体积方法,计算科学与工程讲义,第92卷(2013))·Zbl 1276.76066号
[14] 米什拉,S。;Schwab,C.,具有随机初始数据的双曲守恒律的稀疏张量多级蒙特卡罗有限体积方法,数学。公司。,81, 1979-2018 (2012) ·Zbl 1271.65018号
[15] 米什拉,S。;施瓦布,C。;Šukys,J.,多维非线性守恒律系统的多级蒙特卡罗有限体积方法,J.Compute。物理。,231, 3365-3388 (2012) ·Zbl 1402.76083号
[16] 秀,D。;Hesthaven,J.S.,随机输入微分方程的高阶配置方法,1118-1139(2005)·Zbl 1091.65006号
[17] Witteveen,J.A。;Loeven,A。;Bijl,H.,基于单纯形单元中Newton-Cotes求积的自适应随机有限元方法,计算与流体,3811270-1288(2009)·Zbl 1242.76145号
[18] 马,X。;Zabaras,N.,《求解随机微分方程的自适应分层稀疏网格配置算法》,J.Compute。物理。,228, 3084-3113 (2009) ·Zbl 1161.65006号
[19] Nobile,F。;丹蓬,R。;Webster,C.G.,《具有随机输入数据的偏微分方程的稀疏网格随机配置方法》,SIAM J.Numer。分析。,46, 2411-2442 (2008) ·Zbl 1176.65007号
[20] 波埃特,G。;Després,B。;Lucor,D.,守恒定律系统的不确定性量化,J.Compute。物理。,228, 2443-2467 (2009) ·Zbl 1161.65309号
[21] 秀,D。;Karniadakis,G.E.,随机微分方程的Wiener-Askey多项式混沌,SIAM J.Sci。计算。,24, 619-644 (2003) ·Zbl 1014.65004号
[22] 万,X。;Karniadakis,G.E.,随机流模拟中多项式混沌的长期行为,计算。方法应用。机械。工程,195,5582-5596(2006)·Zbl 1123.76058号
[23] Chen,Q.Y。;Gottlieb,D。;Hesthaven,J.S.,双喉口喷嘴稳态流动的不确定性分析,J.Compute。物理。,204, 378-398 (2005) ·Zbl 1143.76430号
[24] Wiener,N.,齐次混沌,Amer。数学杂志。,60, 897-936 (1938)
[25] Barth,T.,《含不连续性守恒定律误差界的非侵入不确定性传播》(Bijl,H.;Lucor,D.;Mishra,S.;Schwab,C.,《计算流体动力学中的不确定性量化》(2013),Springer),1-57·Zbl 1276.76071号
[26] Abgrall,R。;Mishra,S.,双曲守恒律系统的不确定性量化,(《数值分析手册》,第18卷(2017),爱思唯尔),507-544·Zbl 1368.65205号
[27] Schlachter,L。;Schneider,F.,《不确定双曲方程组的保双曲随机Galerkin近似》,J.Compute。物理。,375, 80-98 (2018) ·Zbl 1416.65033号
[28] Dürrwächter,J。;库恩,T。;迈耶,F。;Schlachter,L。;Schneider,F.,不确定双曲方程组的超保守性间断随机Galerkin格式,J.Compute。申请。数学。,370,第112602条pp.(2020)·Zbl 1450.65118号
[29] 万,X。;Karniadakis,G.E.,任意概率测度的多元广义多项式混沌,SIAM J.Sci。计算。,28, 901-928 (2006) ·Zbl 1128.65009号
[30] Tryoen,J。;Ern,A.,自适应各向异性谱随机方法(2010)·兹比尔1273.35330
[31] 万,X。;Karniadakis,G.E.,随机微分方程的自适应多元广义多项式混沌方法,J.Compute。物理。,209, 617-642 (2005) ·Zbl 1078.65008号
[32] 万,X。;Karniadakis,G.E.,随机系数椭圆问题的多元广义多项式混沌方法中的误差控制,Commun。计算。物理。,5, 793-820 (2009) ·Zbl 1364.65016号
[33] Schlachter,L。;施耐德,F。;Kolb,O.,双曲守恒律的加权本质非振荡随机Galerkin近似,J.Compute。物理。,419,第109663条pp.(2020)·Zbl 07507227号
[34] Barth,T.,关于CFD计算中统计模型参数不确定性的传播,Theor。计算。流体动力学。,26, 435-457 (2012) ·Zbl 1294.76206号
[35] 库什,J。;麦克拉伦,R.G。;Frank,M.,双曲方程的过滤随机Galerkin方法,J.Compute。物理。,403 (2020) ·Zbl 1453.62579号
[36] 麦克拉伦,R.G。;Hauck,C.D.,辐射传输的稳健且准确的滤波球面谐波展开,J.Compute。物理。,229, 5597-5614 (2010) ·Zbl 1193.82043号
[37] Levermore,C.D.,动力学理论的矩闭合层次,J.Stat.Phys。,83, 1021-1065 (1996) ·Zbl 1081.82619号
[38] Hauck,C.D.,板几何中线性传输的基于高阶熵的闭包,Commun。数学。科学。,9, 187-205 (2011) ·Zbl 1284.82050
[39] Kusch,J.等人。;Frank,M.,《不确定性量化中的侵入性方法及其与动力学理论的联系》,《国际高级工程科学杂志》。申请。数学。,10, 54-69 (2018) ·Zbl 1397.65020号
[40] 库什,J。;Alldredge,G.W。;Frank,M.,满足二阶侵入多项式矩格式的最大原理,SMAI J.Compute。数学。,5, 23-51 (2019) ·兹比尔1447.35082
[41] 波埃特,G。;Després,B。;Lucor,D.,可压缩流中不确定材料界面的处理,计算。方法应用。机械。工程,200,284-308(2011)·Zbl 1225.76250号
[42] Després,B。;波埃特,G。;Lucor,D.,《熵闭合法在守恒定律系统中的鲁棒不确定性传播》,105-149(2013),施普林格国际出版社·Zbl 1276.76072号
[43] 库什,J。;Wolters,J。;Frank,M.,《双曲守恒律系统不确定性量化的侵入式加速策略》,J.Compute。物理。,第109698条pp.(2020)·Zbl 07507250号
[44] 库什,J。;Frank,M.,《自适应基于正交的力矩闭合》,国际期刊高级工程科学。申请。数学。,11, 174-186 (2019)
[45] Pettersson,P。;艾卡里诺,G。;Nordström,J.,带Roe变量变换的Euler方程的随机Galerkin方法,J.Compute。物理。,257, 481-500 (2014) ·Zbl 1349.76251号
[46] 斯蒂芬·格斯特(Stephan Gerster);Herty,Michael,双曲随机galerkin公式的熵和对称化,Commun。计算。物理。,27, 1, 639-671 (2020) ·Zbl 1518.65109号
[47] 哈兹拉,S.B。;V.舒尔茨。;J·布雷齐隆。;Gauger,N.R.,使用同步伪时间步长的气动形状优化,J.Compute。物理。,204, 46-64 (2005) ·Zbl 1143.76564号
[48] 特赖恩,J。;Maétre,O.L。;Ern,A.,不确定标量守恒定律的自适应各向异性谱随机方法,SIAM J.Sci。计算。,34,A2459-A2481(2012)·Zbl 1273.35330号
[49] Buerger,R。;Kroeker,I。;Rohde,C.,一种用于不确定性量化的混合随机Galerkin方法,用于守恒定律建模澄清池浓缩机装置(2014)·兹比尔1301.65126
[50] 梅耶,F。;罗德,C。;Giesselmann,J.,使用随机伽辽金方法对随机标量守恒律进行后验误差分析,IMA J.Numer。分析。,40, 1094-1121 (2020) ·Zbl 1464.65124号
[51] Alpert,B.K.,L2中积分算子稀疏表示的一类基,SIAM J.Math。分析。,24, 246-262 (1993) ·兹比尔0764.42017
[52] S.Deshpande,基于动力学理论的无粘可压缩流迎风新方法,载于:第24届航空航天科学会议,1986年,第275页·Zbl 0659.76090号
[53] Harten,A。;拉克斯,P.D。;Leer,B.v.,《关于双曲守恒律的上游差分和godunov型格式》,SIAM Rev.,25,35-61(1983)·Zbl 0565.65051号
[54] Perthame,B.,《气体动力学和熵性质的Boltzmann型方案》,SIAM J.Numer。分析。,27, 1405-1421 (1990) ·Zbl 0714.76078号
[55] Perthame,B.,一维和二维可压缩欧拉方程的二阶boltzmann格式,SIAM J.Numer。分析。,29, 1-19 (1992) ·Zbl 0744.76088号
[56] Debusschere,B.J。;Najm,H.N。;佩贝,P.P。;O.M.科尼奥。;Ghanem,R.G。;Le Maótre,O.P.,随机过程多项式混沌表示使用中的数值挑战,SIAM J.Sci。计算。,26, 698-719 (2004) ·Zbl 1072.60042号
[57] Wu,K。;Tang,H。;Xiu,D.,一阶拟线性双曲型不确定性系统的随机Galerkin方法,J.Compute。物理。,345, 224-244 (2017) ·Zbl 1380.65315号
[58] Munz,C.,《关于拉格朗日气体动力学的godunov型方案》,SIAM J.Numer。分析。,31, 17-42 (1994) ·Zbl 0796.76057号
[59] Boyd,J.P.,Chebyshev和Fourier光谱方法(2001),Courier Corporation·Zbl 0994.65128号
[60] 赫塞文,J.S。;哥特利布,S。;Gottlieb,D.,《时间相关问题的谱方法》,第21卷(2007),剑桥大学出版社·Zbl 1111.65093号
[61] 根号D。;Abdikamalov,E。;雷佐拉,L。;Ott,C.D.,《多维辐射输运的一种新的球谐方案I.静态物质配置》,J.Compute。物理。,242, 648-669 (2013) ·Zbl 1310.85002号
[62] 根号D。;Abdikamalov,E。;雷佐拉,L。;Ott,C.D.,多维辐射传输的一种新的球面谐波方案。静态物质配置,J.Comput。物理。,242, 648-669 (2013) ·Zbl 1310.85002号
[63] J.P.Boyd,《erfc-log滤波器与Euler和Vandeven序列加速度的渐近性》,载于:《第三届谱和高阶方法国际会议论文集》,载《休斯顿数学》。J、 1996年,第267-276页。
[64] Hoskins,B.J.,《使用球面调和表示地球地形》,孟买。《天气评论》,108,111-115(1980)
[65] Poötte,G.,《守恒定律不确定系统以及线性和非线性Boltzmann方程的数学和数值分析贡献》(2019),(博士论文)
[66] Friedrichs,K.O.,《对称双曲线性微分方程》,Comm.Pure Appl。数学。,7, 345-392 (1954) ·Zbl 0059.08902号
[67] 库什,J。;Schlachter,L。;Wolters,J.,UQCreator测试用例,“守恒定律体系超保守侵入不确定性量化方法的振荡缓解”(2020年),https://git.scc.kit.edu/uqcreator/publication-oscillation-of-intrustive-uncertainty-quantitation-methods-for-hyperbolic-systems
[68] Sod,G.A.,非线性双曲守恒律系统的几种有限差分方法综述,J.Compute。物理。,27, 1-31 (1978) ·兹伯利0387.76063
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