The flow-driven spectral chaos (FSC) is a recently developed method for tracking and quantifying uncertainties in the long-time response of stochastic dynamical systems using the spectral approach. The method uses a novel concept called 'enriched stochastic flow maps' as a means to construct an evolving finite-dimensional random function space that is both accurate and computationally efficient in time. In this paper, we present a multi-element version of the FSC method (the ME-FSC method for short) to tackle (mainly) those dynamical systems that are inherently discontinuous over the probability space. In ME-FSC, the random domain is partitioned into several elements, and then the problem is solved separately on each random element using the FSC method. Subsequently, results are aggregated to compute the probability moments of interest using the law of total probability. To demonstrate the effectiveness of the ME-FSC method in dealing with discontinuities and long-time integration of stochastic dynamical systems, four representative numerical examples are presented in this paper, including the Van-der-Pol oscillator problem and the Kraichnan-Orszag three-mode problem. Results show that the ME-FSC method is capable of solving problems that have strong nonlinear dependencies over the probability space, both reliably and at low computational cost.


翻译:流动驱动的光谱混乱(FSC)是最近开发的一种方法,用于跟踪和量化使用光谱方法对随机动态系统的长期反应中不确定性的不确定性。该方法使用名为“丰富随机流图”的新概念,作为构建一个不断演变的有限维随机功能空间的手段,该空间空间既准确又具有计算效率。在本文中,我们提出了一个多要素版本的FSC方法(ME-FSC短时间短时间整合方法),以解决(主要是)那些在概率空间上固有的不连续性动态系统。在ME-FSC中,随机域被分成若干元素,然后用FSC方法分别解决每个随机元素的问题。随后,利用总概率法则将结果汇总,以计算感兴趣的概率概率概率时间。为了证明ME-FSC方法在处理不连续和随机动态系统长期整合方面的有效性,本文中提出了四个具有代表性的数字实例,包括Van-der-Pol-Sillator问题和Kraich-Orichan-Orizeximational 3Syal-mologyal-mologyal Fas-mologyal Arrupal Progy-mology-mology-mologyal 两种方法都显示了强大的问题。

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