Numerical models based on partial differential equations (PDE), or integro-differential equations, are ubiquitous in engineering and science, making it possible to understand or design systems for which physical experiments would be expensive-sometimes impossible-to carry out. Such models usually construct an approximate solution of the underlying continuous equations, using discretization methods such as finite differences or the finite elements method. The resulting discretization error introduces a form of uncertainty on the exact but unknown value of any quantity of interest (QoI), which affects the predictions of the numerical model alongside other sources of uncertainty such as parametric uncertainty or model inadequacy. The present article deals with the quantification of this discretization uncertainty.A first approach to this problem, now standard in the V\&V (Verification and Validation) literature, uses the grid convergence index (GCI) originally proposed by P. Roache in the field of computational fluid dynamics (CFD), which is based on the Richardson extrapolation technique. Another approach, based on Bayesian inference with Gaussian process models, was more recently introduced in the statistical literature. In this work we present and compare these two paradigms for the quantification of discretization uncertainty, which have been developped in different scientific communities, and assess the potential of the-younger-Bayesian approach to provide a replacement for the well-established GCI-based approach, with better probabilistic foundations. The methods are illustrated and evaluated on two standard test cases from the literature (lid-driven cavity and Timoshenko beam).


翻译:以部分差异方程式(PDE)为基础的数字模型,或非基因差异方程式为基础的数字模型,在工程和科学方面是无处不在的,因此有可能理解或设计物理实验费用昂贵、有时无法进行的系统。这些模型通常采用诸如有限差异或有限元素方法等离散方法,为潜在的连续方程式构建大致的解决办法。由此产生的离散错误在任何兴趣数量的准确但未知价值(QoI)上都存在一种不确定性,这种价值影响到数字模型的预测,以及其它不确定性来源,如参数不确定性或模型不足。本文章涉及这种离散不确定性的量化。目前Váv(核查和校准)文献中标准化文献中标准化了这一问题的第一种方法,使用P. Roache 最初在计算流动态领域建议的电网格趋同指数(CFD),该方法以Richardson为基础的超量测法为基础。另一种方法,根据Bayesian 与Gaus 进程模型的推论,最近在统计文献中采用了两种比较方法。我们目前比较了这些不连续性检验基础的精确和估价方法,我们比较了这些比较了这些不同的标准性方法。

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