The purpose of this work is the development of space-time discretization schemes for phase-field optimal control problems. Specifically in the optimal control minimization problem, a tracking-type cost functional is minimized to steer the crack via the phase-field variable into a desired pattern. To achieve such optimal solutions, Neumann type boundary conditions need to be determined. First, a time discretization of the forward problem is derived using a discontinuous Galerkin formulation. Here, a challenge is to include regularization terms and the crack irreversibility constraint. The optimal control setting is formulated by means of the Lagrangian approach from which the primal part, adjoint, tangent and adjoint Hessian are derived. Herein the overall Newton algorithm is based on a reduced approach by eliminating the state constraint, namely the displacement and phase-field unknowns, but keeping the control variable as the only unknown. From the low-order discontinuous Galerkin discretization, adjoint time-stepping schemes are finally obtained. Both our formulation and algorithmic developments are substantiated and illustrated with six numerical experiments.


翻译:这项工作的目的是为分阶段最佳控制问题制定时间分解计划,具体来说,在最佳控制最小化问题中,将跟踪型成本功能降到最低程度,以引导通过阶段场变量的裂缝形成理想的模式。为了实现这种最佳解决方案,需要确定Neumann型边界条件。首先,利用不连续的Galerkin配方,得出远期问题的分解时间。这里,一个挑战是包括正规化条件和快递不可逆转性限制。最佳控制设置是通过拉格朗加办法制定的,从中得出原始部分,即联合的、正切的和联合的赫森。这里,整个牛顿算法的基础是通过减少方法,消除国家限制,即流离失所和阶段场未知,但将控制变量作为唯一未知变量保留下来。从低顺序不连续的Galerkin分解中,最终获得了联合时间步骤。我们制定和算法的发展都得到了六个数字实验的证实和说明。

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