Adaptive Surrogate Modelling for the Uncertainty Quantification of Large-Scale Nonlinear PDE-based Problems
Notice bibliographique
Résumé
The quantification and control of uncertainty is paramount for the simulation-based characterization of engineering systems. However, the high costs of uncertainty quantification (UQ) often preclude engineers from developing a comprehensive understanding of the uncertainty inherent in large-scale simulations. This thesis presents work towards scaling UQ to large-scale, engineering-relevant problems via three distinct contributions. First, we develop a goal-oriented, adaptive method for the forward UQ of systems modeled by stochastically parametrized nonlinear conservation laws. The method exploits localized structure in the spatio-parameter approximation spaces to enable efficient and reliable UQ of quantities of interest. The formulation comprises (i) a discontinuous Galerkin method; (ii) element-wise polynomial chaos expansions; (iii) spatio-stochastic dual-weighted residual error estimates; and (iv) a projection-based spatio-parameter anisotropic error indicator and the associated adaptation mechanics. We demonstrate the effectiveness of the formulation for transonic turbulent flows with uncertainties in flow conditions and turbulence model parameters. Second, we develop an efficient multi-fidelity data assimilation method for large-scale nonlinear dynamical systems. The formulation comprises (i) an ensemble Kalman filter (EnKF) to tractably handle high-dimensional, nonlinear dynamical models; (ii) projection-based reduced order models (ROMs), which accelerate the evaluation of ensemble forecast by several orders of magnitude and are constructed on the fly using the ensemble of full-order model (FOM) trajectories; and (iii) multi-fidelity statistical estimates that optimally combine the FOM and ROM forecasts. We demonstrate the effectiveness of the formulation using unsteady aerodynamic flow past an airfoil. Lastly, we develop a data assimilation method for large-scale dynamical systems that exhibit strong nonlinearities, which can render the standard EnKF less effective. The formulation comprises (i) ensemble transport filter (EnTF), which generalizes the EnKF to stronger nonlinarities using the transport map, (ii) ROMs, which reduce the state dimension and accelerate the ensemble forecast to overcome the scaling challenges associated with transport maps, and (iii) a method to mitigate stability issues that arise when constructing transport maps for ROMs. We demonstrate the efficacy of the EnTF relative to EnKF using unsteady aerodynamics flow past an airfoil.
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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 | 0,001 | 0,000 |
| Méta-épidémiologie (sens strict) | 0,001 | 0,000 |
| Méta-épidémiologie (sens large) | 0,001 | 0,001 |
| 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 | 0,001 |
| 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 ».