Numerical simulations for engineering applications solve partial differential equations (PDE) to model various physical processes. Traditional PDE solvers are very accurate but computationally costly. On the other hand, Machine Learning (ML) methods offer a significant computational speedup but face challenges with accuracy and generalization to different PDE conditions, such as geometry, boundary conditions, initial conditions and PDE source terms. In this work, we propose a novel ML-based approach, CoAE-MLSim (Composable AutoEncoder Machine Learning Simulation), which is an unsupervised, lower-dimensional, local method, that is motivated from key ideas used in commercial PDE solvers. This allows our approach to learn better with relatively fewer samples of PDE solutions. The proposed ML-approach is compared against commercial solvers for better benchmarks as well as latest ML-approaches for solving PDEs. It is tested for a variety of complex engineering cases to demonstrate its computational speed, accuracy, scalability, and generalization across different PDE conditions. The results show that our approach captures physics accurately across all metrics of comparison (including measures such as results on section cuts and lines).


翻译:工程应用的数值模拟可以解决部分差异方程式(PDE),以模拟各种物理过程。传统的PDE解答器非常精确,但计算成本很高。另一方面,机械学习(ML)方法提供了一种重大的计算速度,但对于不同的PDE条件,例如几何、边界条件、初始条件和PDE源术语,则在准确性和普遍性方面面临着挑战。在这项工作中,我们提议了一种新的基于ML(Composable AutoEncorder 机械学习模拟)的方法,即CoAE-MLSim(Compacable AutoEncorder 机械学习模拟),这是一种不受监督的、低维度的、本地的方法,其动因是商业PDE解答器中使用的关键理念。这使我们的方法能够以相对较少的PDE解决方案样本更好地学习。拟议的ML-Approach方法与商业解答器比较了更好的基准以及最新的解决PDE的 ML-Approach。我们测试了各种复杂的工程案例,以显示其计算速度、准确性、可缩度和通用性,以及不同PDE条件的通用。结果显示我们的方法精确地测量了所有参数的大小。

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