In the context of simulation-based methods, multiple challenges arise, two of which are considered in this work. As a first challenge, problems including time-dependent phenomena with complex domain deformations, potentially even with changes in the domain topology, need to be tackled appropriately. The second challenge arises when computational resources and the time for evaluating the model become critical in so-called many query scenarios for parametric problems. For example, these problems occur in optimization, uncertainty quantification (UQ), or automatic control and using highly resolved full-order models (FOMs) may become impractical. To address both types of complexity, we present a novel projection-based model order reduction (MOR) approach for deforming domain problems that takes advantage of the time-continuous space-time formulation. We apply it to two examples that are relevant for engineering or biomedical applications and conduct an error and performance analysis. In both cases, we are able to drastically reduce the computational expense for a model evaluation and, at the same time, to maintain an adequate accuracy level. All in all, this work indicates the effectiveness of the presented MOR approach for deforming domain problems taking advantage of a time-continuous space-time setting.


翻译:在基于仿真的方法中,存在着多个挑战,其中两个被本文考虑。首先,需要合理地处理包括时间依赖现象的复杂域变形问题,甚至可能出现域拓扑的变化。其次,在参数型问题中,所谓的多次询问情况下,计算资源和模型评估的时间变得非常重要。例如,优化、不确定性量化(UQ)或自动控制中可能出现这些问题,使用高分辨率的全阶模型(FOM)会变得不切实际。为了解决这两种类型的复杂性,我们提出了一种针对变形域问题的基于投影的模型降阶(MOR)方法,并利用时空连续的形式进行改进。我们将其应用于两个与工程或生物医学应用有关的实例,并进行误差和性能分析。在两种情况下,我们都能够大大减少模型评估的计算时间,并同时保持足够的精度水平。总之,本文表明了所提出的MOR方法利用时空连续设置对于处理变形域问题的有效性。

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