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数据驱动的Whitney表格用于结构-保护控制体积分析。 (英语) Zbl 07807972号

小结:通过子域之间的广义通量交换控制体积分析模型物理。我们引入了一个科学的机器学习框架,该框架采用统一结构的划分来识别物理相关的控制体,子域之间的广义通量通过Whitney形式编码。该方法提供了一种可微分的几何参数化,可以端到端的方式进行训练,以从全场数据中提取简化模型,同时准确地保留物理特性。该体系结构允许数据驱动的有限元外部演算,允许发现具有闭合形式求积规则的混合有限元空间。Whitney形式和图网络之间的等价性揭示了控制体学习的几何问题等价于无监督图发现问题。给出了任意维流形的框架,并举例说明了(mathbb{R}^2)中的(H(mathrm{div})问题的收敛性和结构保持性。最后,我们考虑了一个锂离子电池问题,在该问题中,我们从高保真微观结构解析模拟中发现了一个简化的有限元空间编码传输路径。该方法将5.89M有限元模拟减少到136个单元,同时将压力再现到0.1%误差以下,并保持守恒。

MSC公司:

65新元 偏微分方程边值问题的数值方法
74Sxx型 固体力学中的数值方法和其他方法
6500万 偏微分方程、初值和含时初边值问题的数值方法
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全文: 内政部

参考文献:

[1] 拉尔夫·亚伯拉罕;杰罗德·马斯登(Jerrold E.Marsden)。;Ratiu,Tudor,Manifolds,Tensor Analysis,and Applications,第75卷(2012),Springer Science&Business Media·Zbl 0508.58001号
[2] 詹姆斯·阿德勒(James H.Adler)。;凯西·卡瓦诺;胡晓哲;Zikatanov,Ludmil T.,麦克斯韦方程模拟有限差分离散化的有限元框架。SIAM J.科学。计算。,4、A2638-A2659(2021)·Zbl 1470.35348号
[3] Afkham、Babak Maboudi;Hesthaven,Jan S.,参数哈密顿系统的保结构模型约简。SIAM J.科学。计算。,6、A2616-A2644(2017)·Zbl 1379.78019号
[4] 阿尔奈斯,马丁·S·。;布莱希塔,简;约翰·哈克(Johan Hake);约翰逊,八月;本杰明·凯利特;Logg,Anders;克里斯·理查森(Chris Richardson);约翰·林格(Johannes Ring);玛丽·罗格内斯(Marie E.Rognes)。;Wells,Garth N.,FEniCS项目1.5版。架构(architecture)。数字。柔和。(2015)
[5] 托德·阿博加斯特(Todd Arbogast);格尔吉娜·彭切娃(Gergina Pencheva);玛丽·惠勒(Mary F.Wheeler)。;Yotov,Ivan,一种多尺度砂浆混合有限元方法。多尺度模型。模拟。,1, 319-346 (2007) ·Zbl 1322.76039号
[6] Arnold,Douglas N.,《有限元外部微积分》(2018),SIAM·Zbl 1506.65001号
[7] 道格拉斯·N·阿诺德。;巴维尔·B·博切夫。;理查德·莱霍克(Richard B.Lehoucq)。;罗伊·A·尼古拉。;米哈伊尔·沙什科夫(Mikhail Shashkov),《兼容空间离散化》(Compatible Spatial Discretizations),第142卷(2007年),施普林格科学与商业媒体
[8] 道格拉斯·N·阿诺德。;理查德·福尔克(Richard S.Falk)。;Winther,Ragnar,有限元外部微积分,同源技术和应用。Acta Numer.公司。,1-155 (2006) ·Zbl 1185.65204号
[9] Arnol’d,Vladimir Igorevich,《经典力学的数学方法》,第60卷(2013),Springer Science&Business Media
[10] 巴布什卡,伊沃;Melenk,Jens M.,单位分解法。国际期刊数字。方法工程,4727-758(1997)·Zbl 0949.65117号
[11] 兰德尔Balestriero;Baraniuk、Richard G.、Mad max:深入学习的仿射样条洞察力。程序。IEEE,5704-727(2020)
[12] 雅克·巴朗格(Jacques Baranger);Jean-François Maitre;Oudin,Fabienne,有限体积法和混合有限元法之间的联系。ESAIM:数学。模型。数字。分析。,4, 445-465 (1996) ·Zbl 0857.65116号
[13] Christine Bernardi;伊冯·玛代(Yvon Maday);Anthony T.Patera,用砂浆单元法进行区域分解,269-286·Zbl 0799.65124号
[14] 米盖尔·贝萨(Miguel A.Bessa)。;博斯塔纳巴德,R。;刘泽良;胡,A。;丹尼尔·艾普利(Daniel W.Apley)。;布林森,C。;陈伟;Liu,Wing Kam,《不确定性下材料的数据驱动分析框架:对抗维度诅咒》。计算。应用方法。机械。工程,633-667(2017)·Zbl 1439.74014号
[15] 巴维尔·B·博切夫。;Hyman,James M.,微分算子的模拟离散化原理,89-119·兹比尔1110.65103
[16] 阿兰·博萨维特;Kettunen,Lauri,Yee-like格式在四面体网格上,具有对角线集总。国际期刊数字。型号。,1-2, 129-142 (1999) ·Zbl 0936.78011号
[17] Chaturantabut,Saifon;Sorensen,Danny C.,《通过离散经验插值进行非线性模型简化》。SIAM J.科学。计算。,5, 2737-2764 (2010) ·Zbl 1217.65169号
[18] Chui,Charles K.,多元样条(1988),SIAM·Zbl 0687.41018号
[19] 埃里克·塞尔(Eric C.Cyr)。;Gulian,Mamikon A。;拉维·G·帕特尔。;毛罗·佩雷戈(Mauro Perego);Nathaniel A.Trask,深度神经网络的稳健训练和初始化:自适应基观点,512-536
[20] 马修·德斯布伦;Anil N.Hirani。;莱克,梅尔文;Marsden,Jerrold E.,《离散外部微积分》(2005),arXiv预印本·Zbl 1080.39021号
[21] 约翰·多尔鲍(John Dolbow);尼古拉斯·莫尔斯;Belytschko,Ted,用单位分解法在有限元中的间断富集。有限元素。分析。设计。,3-4, 235-260 (2000) ·Zbl 0981.74057号
[22] 查贝尔·法哈特;托德·查普曼(Todd Chapman);Avery,Philip,非线性有限元动态模型超简化的节能采样和加权方法的结构保持性、稳定性和准确性。国际期刊数字。方法工程,5,1077-1110(2015)·Zbl 1352.74349号
[23] 查贝尔·法哈特;米歇尔·莱索恩;Patrick LeTallec;肯德尔·皮尔逊;Rixen,Daniel,Feti-dp:双-小数统一Feti方法-第一部分:二级Feti法的快速替代方法。国际期刊数字。方法工程,71523-1544(2001)·Zbl 1008.74076号
[24] 费雷拉,卡洛斯·A·S。;蒂拉托恩卡迪图姆;尼古拉斯·布克拉斯;Nick,Hamidreza M.,使用条件生成对抗网络对离散裂缝的流体流动进行放大和建模的框架。高级水资源。(2022)
[25] 鱼,雅各布;元、郑、统一分区基础上的多尺度浓缩。国际期刊数字。方法工程,101341-1359(2005)·Zbl 1078.74637号
[26] Floater,Michael S.,平均值坐标。计算。辅助Geom。设计。,1, 19-27 (2003) ·Zbl 1069.65553号
[27] Ari L.Frankel。;萨夫塔,科斯明;科尔曼·阿勒曼;Jones,Reese,基于网格的图卷积神经网络,用于微观结构材料建模。J.马赫。学习。模型。计算。,1 (2022)
[28] 安德鲁·吉列(Andrew Gillette);亚历山大·兰德;Bajaj,Chandrajit,在多边形和多面体网格上构建标量和向量有限元族。计算。应用方法。数学。,4, 667-683 (2016) ·Zbl 1348.65163号
[29] Chris Godsil;Royle,Gordon F.,代数图论,第207卷(2001),Springer科学与商业媒体·Zbl 0968.05002号
[30] 埃里克·J·霍尔(Eric J.Hall)。;瑟伦酒馆;Katsoulakis,Markos A。;Daniel M.Tartakovsky,Ginns:用于多尺度物理的图形信息神经网络。J.计算。物理学。(2021) ·Zbl 1515.62091号
[31] 何俊才;李林;徐金超;郑春月,Relu深度神经网络和线性有限元(2018),arXiv预印本·Zbl 1463.68072号
[32] Hebey,Emmanuel,流形的非线性分析:Sobolev空间和不等式,第5卷(2000年),美国数学学会·Zbl 0981.58006号
[33] 埃尔南德斯,华金·阿尔贝托;凯塞多,曼努埃尔·亚历杭德罗;Ferrer,Alex,《通过经验容积法对非线性有限元模型进行尺寸超缩》。计算。应用方法。机械。工程,687-722(2017)·Zbl 1439.74419号
[34] 黄,程;杜蕾萨米,卡提克;Merkle,Charles L.,《反应流降阶模型鲁棒性的研究与改进》。AIAA J.,125377-5389(2019)
[35] 托马斯·J·R·休斯。;阿里夫·马苏德;Wan,Jing,Darcy流的稳定混合间断Galerkin方法。计算。应用方法。机械。工程,25-28,3347-3381(2006)·Zbl 1120.76040号
[36] 阿梅亚·D·贾格塔普。;Ehsan Kharazmi;Karniadakis,George Em,守恒定律离散域上的保守物理信息神经网络:正问题和逆问题的应用。计算。应用方法。机械。工程(2020)·Zbl 1442.92002号
[37] 蒂拉托恩卡迪图姆;丹尼尔·奥马利;Fuhg,Jan Niklas;Choi,Youngsoo;Lee,Jonghyun;哈里·维斯瓦纳坦。;Bouklas,Nikolaos,使用条件生成对抗网络的PDE数据驱动解决方案和参数估计框架。自然计算。科学。,12, 819-829 (2021)
[38] 乔治·埃姆(George Em),卡尼亚达基斯(Karniadakis);Ioannis G.Kevrekidis。;鲁,鲁;巴黎佩迪卡里斯;王思凡;Yang,Liu,Physics-通知机器学习。自然修订版物理。,6, 422-440 (2021)
[39] Kingma,Diederik P。;Ba,Jimmy,Adam:随机优化方法(2014),arXiv预印本
[40] 塔马拉·科尔达(Tamara G.Kolda)。;Bader,Brett W.,张量分解及其应用。SIAM版本,3455-500(2009)·Zbl 1173.65029号
[41] Kolda,Tamara Gibson,《用于高阶分解的多线性算子》(2006),桑迪亚国家实验室(SNL):桑迪亚国立实验室(SNL:Sandia National Laboratories),新墨西哥州阿尔伯克基市和加利福尼亚州利弗莫尔市,桑迪2006-2081
[42] Isaac E.Lagaris。;利卡斯,阿里斯蒂迪斯;Fotiadis,Dimitrios I.,求解常微分方程和偏微分方程的人工神经网络。IEEE传输。神经网络。,5, 987-1000 (1998)
[43] 桑杰·拉尔;Krysl,Petr公司;Marsden,Jerrold E.,机械系统的结构保持模型简化。物理学。D、 非线性现象。,1-4, 304-318 (2003) ·兹比尔1041.70011
[44] 伊丽莎白·拉尔森;维克多·谢尔巴科夫(Victor Shcherbakov);Heryudono,Alfa,求解偏微分方程的最小二乘径向基函数单位分解法。SIAM J.科学。计算。,6、A2538-A2563(2017)·Zbl 1377.65156号
[45] Lee,Kookjin;Carlberg,Kevin T.,《深度守恒:精确满足物理守恒定律的潜在动力学模型》。程序。AAAI Conf.Artif.公司。智力。,1, 277-285 (2021)
[46] Lee,Kookjin;纳撒尼尔·A·查斯克。;拉维·帕特尔(Ravi G.Patel)。;Gulian,Mamikon A。;Cyr,Eric C.,单位网络划分:深度hp-近似(2021),arXiv预印本
[47] 利尔杰格伦·赛勒,比约恩;Marheineke,Nicole,《关于网络上非线性流问题在相容条件下基于snapshot的模型简化》。科学杂志。计算。,2, 62 (2022) ·Zbl 07568382号
[48] Lohi,Jonni;Kettunen、Lauri、Whitney形式及其扩展。J.计算。申请。数学。(2021) ·Zbl 1468.65200号
[49] 陆晓欣;Giovanis,Dimitris G。;朱利安·伊冯内特;帕帕佐普洛斯,维萨里翁;Detrez,Fabrice;Bai,Jinbo,基于神经网络的数据驱动计算均匀化方法,用于石墨烯/聚合物纳米复合材料的非线性各向异性电响应。计算。机械。,2, 307-321 (2019) ·Zbl 1464.74404号
[50] 约西亚·曼森;Schaefer,Scott,移动最小二乘坐标。计算。图表。论坛,1517-1524(2010),威利在线图书馆
[51] Nestor,Ruairi M。;巴沙、米哈伊;Martin Lastiwka;Quinlan,Nathan J.,有限体积粒子法在粘性流动中的推广。J.计算。物理。,5, 1733-1749 (2009) ·兹比尔1409.76078
[52] 尼古拉斯·R。;Wang,D-Q.,三维Maxwell方程协方差格式的收敛性分析。数学。计算。,223, 947-963 (1998) ·Zbl 0907.65116号
[53] 罗伊·尼古拉斯(Roy A.Nicolaides)。;吴晓南,三维微分方程的Covolume解。SIAM J.数字。分析。,6, 2195-2203 (1997) ·Zbl 0889.35006号
[54] 潘绍武;Duraisamy,Karthik,数据驱动的闭合模型发现。SIAM J.应用。动态。系统。,4, 2381-2413 (2018) ·Zbl 1411.70023号
[55] 朴俊英;Park,Jinkyoo,《物理诱导图神经网络:在风电场功率估算中的应用》。能源(2019年)
[56] 彭丽倩;Mohseni,Kamran,哈密顿系统的辛模型约简。SIAM J.科学。计算。,1,A1-A27(2016)·Zbl 1330.65193号
[57] 迈克尔·詹姆斯·戴维·鲍威尔(Michael James David Powell),《近似理论与方法》(1981),剑桥大学出版社·Zbl 0453.41001号
[58] 马齐亚·莱斯;巴黎佩迪卡里斯;Karniadakis,George E.,《基于物理的神经网络:用于解决涉及非线性偏微分方程的正向和反向问题的深度学习框架》。J.计算。物理。,686-707(2019)·Zbl 1415.68175号
[59] 饶成平;Liu,Yang,三维卷积神经网络(3D-CNN)用于非均匀材料均匀化。计算。马特。科学。(2020)
[60] 斯科特·罗伯茨(Scott A.Roberts)。;赫克托尔·门多萨;Victor E.Brunini。;Noble,David R.,一种用于隐式、多种材料几何形状的验证共形分解有限元方法。J.计算。物理。,352-367 (2018)
[61] 罗德里戈,卡门;加斯帕,弗朗西斯科·何塞;胡晓哲;Zikatanov,Ludmil,一些模拟有限差分离散化的有限元框架。计算。数学。应用。,112661-2673(2015年)·Zbl 1443.65285号
[62] 亚历山大·施恩(Alexander Schein);凯文·卡尔伯格(Kevin T.Carlberg)。;Zahr,Matthew J.,通过约束优化投影在动力学系统模型简化中保持一般物理特性。国际期刊数字。方法工程,14,3368-3399(2021)
[63] 马修·斯克洛格斯(Matthew W.Scroggs)。;伊戈尔·巴拉塔(Igor A.Baratta)。;克里斯·理查森(Chris N.Richardson)。;Wells,Garth N.,Basix:运行时有限元基础评估库。J.开源。软质。,73, 3982 (2022)
[64] 马修·斯克洛格斯(Matthew W.Scroggs)。;Jorge S.Dokken。;克里斯·理查森(Chris N.Richardson)。;Wells,Garth N.,多边形和多面体网格上任意阶有限元自由度映射的构造。ACM事务处理。数学。软质。,2, 1-23 (2022) ·Zbl 07666975号
[65] Khemraj Shukla;徐梦嘉;纳撒尼尔·查斯克;George E.Karniadakis,《物理信息神经网络和图形网络的可扩展算法》。数据中心。工程(2022)
[66] Sierra热流体开发团队,Sierra多力学模块:Aria用户手册-版本5.10(2022),Sandia国家实验室,技术报告SAND2022-12436
[67] Spivak,Michael,《流形上的微积分:高级微积分经典定理的现代方法》(2018),CRC出版社·Zbl 0141.05403号
[68] 伊斯罕·斯利瓦斯塔瓦;Dan S.Bolintinanu。;杰里米·勒克曼(Jeremy B.Lechman)。;Roberts,Scott A.,《控制粘合剂对冲击电极细观结构和传输的粘附力》。ACS应用。马特。接口,3134919-34930(2020)
[69] 艾丹·汤普森(Aidan P.Thompson)。;Aktulga,H.Metin;理查德·伯杰;Dan S.Bolintinanu。;W.Michael Brown;保罗·克罗齐(Paul S.Crozier)。;彼得·维尔德。;科尔梅耶(Axel Kohlmeyer);斯坦·摩尔(Stan G.Moore)。;Nguyen、Trung Dac;Shan,Ray;史蒂文斯(Mark J.Stevens)。;Julien Tranchida;克里斯蒂安·特罗特(Christian Trott);Plimpton,Steven J.,LAMMPS——一种灵活的模拟工具,用于在原子、介观和连续尺度上对基于颗粒的材料进行建模。计算。物理学。公社。(2022) ·Zbl 1516.74108号
[70] 纳撒尼尔·查斯克;阿米莉亚·亨利克森(Amelia Henriksen);Carianne Martinez;Cyr,Eric,单位网络的层次划分:快速多级训练。程序。机器。学习。第1-18号决议(2022年)
[71] 纳撒尼尔·查斯克;黄安迪;胡晓哲,《在科学机器学习中实施精确物理:图形上的数据驱动外部演算》。J.计算。物理学。(2022) ·Zbl 07518096号
[72] 纳撒尼尔·查斯克;Kuberry,Paul,曲面PDE的兼容无网格离散化。计算。第部分。机械。,2, 271-277 (2020)
[73] 特里利诺斯项目团队,特里利纳斯项目网站(2020年)
[74] Veličković,佩塔尔;吉勒姆·库库鲁尔;阿兰察省卡萨诺瓦;阿德里亚娜·罗梅罗;Pietro Lio;Bengio,Yoshua,Graph attention networks(2017),arXiv预印本
[75] Wachspress,Eugene L.,《有理有限元基础》(1975),学术出版社·Zbl 0322.65001号
[76] 王思凡;滕玉军;Perdikaris,巴黎,《理解和缓解物理信息神经网络中的梯度病理学》(2020年),arXiv预印本·Zbl 1530.68232号
[77] 王思凡;滕玉军;巴黎Perdikaris,《理解和缓解物理信息神经网络中的梯度流病理学》。SIAM J.科学。计算。,5、A3055-A3081(2021)·Zbl 1530.68232号
[78] Wendland,Holger,径向基函数的快速评估:基于单位分割的方法·Zbl 1031.65022号
[79] Wendland,Holger,《分散数据近似》,第17卷(2004),剑桥大学出版社
[80] 闫文涛;林,斯蒂芬;卡夫卡,猎户座L。;连燕平;于成;刘泽良;颜金辉;萨拉·沃尔夫(Sarah Wolff);吴浩;Ndip-Agbor,Ebot,数据驱动的多尺度多物理模型,用于推导增材制造的过程-结构-性能关系。计算。机械。,5, 521-541 (2018) ·Zbl 1471.74081号
[81] 于冰;Weinan,E.,The deep Ritz method:一种基于深度学习的数值算法,用于求解变分问题。公社。数学。统计,1,1-12(2018)·Zbl 1392.35306号
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