Combining reduced-order modeling and PINNs to model fluid-structureinteractions
Notice bibliographique
Résumé
Abstract: Hydraulic turbines are subjected to Fluid-Structure Interactions (FSI) during operation, potentially leading to severe damage and shortening their life expectancy. This type of phenomenon that requires combining fluid and structure dynamics can be simulated using high-fidelity approaches, such as Computational Fluid Dynamics (CFD) coupled with a Finite Element (FE) analysis. The coupled CFD-FE tool for FSI problems usually is computationally expensive as it requires coupling governing equations of the flow field and structure. Moreover, this high-fidelity tool needs to generate dynamic mesh at each iteration. Therefore, it is essential to develop a cheaper model with acceptable accuracy to avoid the computational cost of such high-fidelity tools for FSI problems. Reduced-Order Models (ROMs) are approaches that have attracted much attention for engineering problems. In this study, a ROM is developed using Physics-Informed Neural Networks (PINNs) to model the flow around a bluff body. PINNs are new architectures in deep learning that approximate physical fields by training a neural network constrained by governing equations over data points distributed in the domain. We leverage Proper Orthogonal Decomposition (POD) on data from a precomputed CFD solution to decompose the temporal and spatial terms containing significant coherent structures in the flow fields. Furthermore, the spatial modes from the fluid flow are combined with the kinematic modes of the structural mechanics obtained for a moving solid in the domain. Therefore, the governing equation for the FSI problem can be represented as a set of Ordinary Differential Equations (ODE). PINNs are used to solve these ODEs for physical quantities, such as velocity, pressure, and solid displacement. The neural network is trained by minimizing the residuals of the governing equations, which are the incompressible Navier-Stokes equations. This work considers laminar flow around a 2D cylinder, a canonical example in fluid mechanics. The results show that the proposed approach can predict physical quantities with significantly lower computational costs in time with acceptable accuracy. This ROM approach could offer the possibility to leverage existing CFD data to create at reduced computational and implementation cost a way to predict the FSI response of a structure, say to vortex-induced vibrations with better accuracy than a one-way coupling simulation.
Récupéré en direct depuis OpenAlex et désinversé. Les résumés ne sont pas conservés dans cette base de données : les index inversés représentent 8,6 Go des 9,3 Go de texte de la base, et le serveur dispose de 13 Go libres.
Comment cette classification a été obtenuedéplier
Prédiction distillée sur la base complète
Imitation des enseignantsNi prévalence calibrée, ni vérité terrain. Validation humaine à venir. Apprise à partir de 10 348 étiquettes directes de Codex et de 10 348 étiquettes directes de Gemma. Le mode candidate est l'union des têtes enseignantes seuillées; le consensus est leur intersection. Ces sorties portent le statut machine_predicted_unvalidated et ne sont ni des étiquettes humaines ni des étiquettes directes de modèles de pointe.
Scores Codex et Gemma par catégorie
| Catégorie | Codex | Gemma |
|---|---|---|
| Métarecherche | 0,000 | 0,000 |
| Méta-épidémiologie (sens strict) | 0,000 | 0,000 |
| Méta-épidémiologie (sens large) | 0,000 | 0,000 |
| Bibliométrie | 0,000 | 0,000 |
| Études des sciences et des technologies | 0,000 | 0,000 |
| Communication savante | 0,000 | 0,000 |
| Science ouverte | 0,000 | 0,000 |
| Intégrité de la recherche | 0,000 | 0,000 |
| Charge utile insuffisante (le modèle a refusé de juger) | 0,000 | 0,000 |
Scores machine (provisoires)
Les deux têtes enseignantes du modèle étudiant, lues sur ce travail. Un score ordonne la base pour la relecture; il n'affirme jamais une catégorie, et le statut de validation accompagne chaque rangée tel quel.
Scores de référence d'un modèle non mature (critères de maturité non atteints, 7 itérations). Un score ordonne; il n'affirme jamais une catégorie.
score_only:v0-immature-baseline · tel quel depuis la passe de notation : score_only signifie que le nombre peut ordonner les travaux, et qu'aucune étiquette de catégorie n'en découleClassification
machine, non validéePrédiction automatique; un appel candidat d’une seule tête enseignante, pas un consensus.
Le détail, modèle par modèle et score par score, se trouve en fin de page sous « Comment cette classification a été obtenue ».