In this article we propose an inverse analysis algorithm to find the best fit of multiple material parameters in different coupled multi-physics biofilm models. We use a nonlinear continuum mechanical approach to model biofilm deformation that occurs in flow cell experiments. The objective function is based on a simple geometrical measurement of the distance of the fluid biofilm interface between model and experiments. A Levenberg-Marquardt algorithm based on finite difference approximation is used as an optimizer. The proposed method uses a moderate to low amount of model evaluations. For a first presentation and evaluation the algorithm is applied and tested on different numerical examples based on generated numerical results and the addition of Gaussian noise. Achieved numerical results show that the proposed method serves well for different physical effects investigated and numerical approaches chosen for the model. Presented examples show the inverse analysis for multiple parameters in biofilm models including fluid-solid interaction effects, poroelasticity, heterogeneous material properties and growth.


翻译:在本篇文章中,我们提出一个反向分析算法,以找到不同组合多物理生物胶片模型中多种材料参数的最佳适用性。我们使用非线性连续机械方法模拟流动细胞实验中发生的生物胶片变形。客观功能基于对模型和实验之间流体生物胶片界面距离的简单几何测量。使用基于有限差异近似值的Levenberg-Marquirdt算法作为优化器。拟议方法使用中低数量的模型评估。在第一次介绍和评价中,根据生成的数字结果和增加高山噪音,应用和测试该算法。实现的数字结果显示,拟议方法对所调查的不同物理效果和为模型选择的数字方法非常有用。提出的例子显示了对生物胶片模型中多种参数的反向分析,包括液体-固体相互作用效应、孔径性、混杂物质特性和生长。

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