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Model order reduction for parametric nonlinear problems: overview and applications

01TINUR

A.A. 2024/25

Course Language

Inglese

Degree programme(s)

Doctorate Research in Scienze Matematiche - Torino

Course structure
Teaching Hours
Lezioni 15
Lecturers
Teacher Status SSD h.Les h.Ex h.Lab h.Tut Years teaching
Strazzullo Maria   Ricercatore L240/10 MATH-05/A 15 0 0 0 1
Co-lectures
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Context
SSD CFU Activities Area context
*** N/A ***    
I sistemi non lineari sono onnipresenti in molti contesti scientifici e industriali. I loro comportamenti complessi aumentano le capacità descrittive, rispetto alla loro controparte lineare, dei modelli di vari fenomeni fisici. Tuttavia, comprendere questi modelli spesso comporta costi computazionali molto alti, sia in termini di memoria che di tempo di risoluzione. Questo limita la capacità di analisi, progettazione e ottimizzazione del modello, specialmente in contesti parametrizzati. I Modelli a Ordine Ridotto (MORs) affrontano queste sfide, accelerando le simulazioni numeriche attraverso un surrogato di rango ridotto del sistema non lineare discreto, preservando un certo grado di accuratezza. Il corso fornirà un'introduzione ai ROMs e alla loro applicazione in contesti non lineari, evidenziando i punti di forza di questo approccio e le sue limitazioni come la mancanza di generalità, l'assenza di certificazione dell'errore, l'analisi e la robustezza. Uno degli obiettivi principali è fornire una panoramica generale dei più recenti avanzamenti scientifici ottenuti negli ultimi anni, con un'attenzione particolare a vari contesti applicativi, tra cui fenomeni di turbolenza, di controllo e di biforcazioni.
Nonlinear systems are ubiquitous in many scientific and industrial contexts. Their complex behaviors increase model description capabilities of intricate physical phenomena compared to linear systems. However, understanding these models often requires unbearably high costs using standard discretization techniques regarding storage and computational time. This limits the capability of analysis, design, and optimization of the model, especially in parametric settings. Reduced Order Models ROMs address these challenges, accelerating numerical simulations through a surrogate, yet accurate, lower-order approximation of the discrete nonlinear system. The course will provide an introduction to ROMs and their application in nonlinear settings, highlighting the strengths of such an approach and its limitations, related to these complex tasks, such as lack of generality, missing error certification analysis, and robustness. One of the main goals is to provide a general overview of the latest improvements achieved in the past few years, focusing on many applied contexts, such as turbulence, control, and bifurcations.
metodi numerici per PDE, metodi di risoluzione di sistemi non lineari, conoscenza base di Python
numerical methods for PDE, solving strategies for nonlinear systems, basic knowledge Python
1) Introduzione aila riduzione di modello e alla Kolmogorov n-width 2) Proper Orthogonal Decomposition e Greedy 3) Estensione a problemi non lineari 4) Tecniche di iper-riduzione 5) Esempio: Navier-Stokes 6) Riduzione per varie applicazioni, tra cui: * Turbolenza * Controllo ottimo * Biforcazioni
1) Introduction to reduced order methods, Kolmogorov n-width 2) Proper Orthogonal Decomposition and Greedy 3) Extension to nonlinear problems 4) Hyper-reduction strategies 5) Example: Navier-Stokes 6) Reduction for * Turbulence modeling * Optimal Control for nonlinear problems * Bifurcations
In presenza
On site
Presentazione orale
Oral presentation
P.D.1-1 - Febbraio
P.D.1-1 - February
Il calendario proposto è il seguente 3 Febbraio: 14:00 - 16:00 6 Febbraio: 14:00 - 16:00 10 Febbraio: 14:00 - 16:00 13 Febbraio: 14:00 - 16:00 17 Febbraio: 14:00 - 16:00 19 Febbraio: 14:00 - 16:00 21 Febbraio: 14:00 - 17:00
The proposed calendar is the following February 3rd: 2:00 PM - 4:00 PM February 6th: 2:00 PM - 4:00 PM February 10th: 2:00 PM - 4:00 PM February 13th: 2:00 PM - 4:00 PM February 17th: 2:00 PM - 4:00 PM February 19th: 2:00 PM - 4:00 PM February 21st: 2:00 PM - 5:00 PM