A Multiscale Multisurface Constitutive Model for The Thermo-Plastic Behavior of Polyethylene
本文提出了一个多尺度模型，将长度和时间尺度从分子水平连接到连续水平，目的是预测无定形玻璃态聚乙烯（PE）的屈服行为。本构参数是从分子动力学（MD）模拟，减少了对特设实验的要求。因此，我们实现：（1）多面屈服函数的识别;（2）通过准静态模拟将MD模拟中涉及的高应变率升级到连续体。验证表明，整个多表面屈服函数可以缩放到准静态率，其中屈服应力可能由建议的缩放律预测;（3）分层多尺度模型的构建，以预测温度和应变率相关的屈服强度的PE。
2019-02-05 physics.comp-ph
Modelling long-range interactions in multiscale simulations of ferromagnetic materials
原子连续多尺度模型由于其计算效率和可靠的精度而成为模拟材料行为的越来越受欢迎的工具。在铁磁材料的情况下，原子论的方法处理单个原子的自旋磁矩的动力学，而连续近似与体积平均量，如磁化。多尺度模型在铁磁体物理中的挑战之一是自旋间长程偶极-偶极相互作用的存在。本论文的目的是展示一种方法，包括这些相互作用到现有的原子连续耦合方法的基础上分区域和升级策略。这是通过专门在连续水平上对退磁场进行建模并将其耦合到两个尺度来实现的。这种方法依赖于原子表达式的磁化强度场收敛到连续表达时，原子间距接近零，这是在本文中证明。
2019-01-30 physics.comp-ph
High Rayleigh number variational multiscale large eddy simulations of Rayleigh-Bénard Convection
采用变分多尺度（VMS）方法，建立了瑞利-贝纳德对流的基于残差的VMS大涡模拟（LES）模式。由此产生的模型是一个混合模型，其中包括VMS模型和涡粘性模型。本文采用壁面自适应局部涡粘模型（WALE）作为涡粘模型。在有限元程序Drekar中实现了新的LES模型。使用连续的，分段线性有限元进行模拟。模拟范围从$Ra = 10^6$到$Ra = 10^{14}$，并在$Pr = 1$和$Pr = 7$进行。考虑了两个领域：纵横比为2的二维区域，其中流体被限制在两个平行板之间，以及纵横比为$1/4$的三维圆柱体。从VMS结果的努塞尔数进行了比较，对三维直接数值模拟和实验。在所有情况下，VMS的结果与现有文献吻合良好。
2020-05-20 physics.comp-ph
Coupling Finite Element Method with Large Scale Atomic/Molecular Massively Parallel Simulator (LAMMPS) for Hierarchical Multiscale Simulations
在这项工作中，我们已经开发了一个多尺度计算算法耦合有限元方法与开源的分子动力学代码-大规模原子/分子大规模并行模拟器（LAMMPS）-进行分层多尺度模拟在高度可扩展的并行计算。通过对单晶铜变形的模拟，验证了该算法的有效性。然后，我们应用多尺度方法来模拟由数百万个细尺度原子组成的聚合物材料的代表性晶胞（r-细胞）对单轴载荷的力学响应。据观察，该方法可以成功地捕获塑性形变在聚合物在宏观尺度上，并再现双屈服点典型的聚合物材料，应变局部化和颈缩变形后的第二个屈服点。此外，多尺度算法的并行可扩展性被检查到大约10万个处理器与1000万个粒子，并且由于LAMMPS并行架构实现了几乎理想的强可扩展性。
2019-06-30 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft physics.comp-ph
ESPResSo++ 2.0: Advanced methods for multiscale molecular simulation
分子模拟是应对材料科学和生物学挑战的科学工具。这反映在科学模拟软件包中算法的永久发展和增强。在这里，我们提出了多尺度建模的ESPResSo++包内开发和实施的计算工具。这些包括最新的应用程序的自适应分辨率计划，通过晶格玻尔兹曼溶剂耦合到基于粒子的分子动力学的流体动力学相互作用，平衡长链聚合物熔体和非均质空间域分解的分层策略的实施。ESPResSo++的软件设计保持了其高度模块化的C++内核和Python用户界面。此外，它还通过自动脚本解析来自其他已建立的软件包的配置来增强，为科学家提供了快速设置模拟的可能性。
2018-12-24 cond-mat.soft physics.comp-ph
Quantized current blockade and hydrodynamic correlations in biopolymer translocation through nanopores: evidence from multiscale simulations
我们提出了一个详细的描述，在溶剂的存在下，通过一个纳米孔的生物聚合物易位，使用创新的多尺度的方法，该方法将在微观尺度的生物聚合物与自洽的介观描述相结合的溶剂流体动力学。我们报告的证据量化电流封锁取决于折叠配置，并提供详细的信息，在加快易位过程中的流体动力学相关性的作用。
2008-02-08 physics.bio-ph physics.comp-ph
A new class of finite element variational multiscale turbulence models for incompressible magnetohydrodynamics
介绍了一种新的基于变分多尺度（VMS）的不可压磁流体力学（MHD）湍流大涡模拟（LES）模型。新的模型包括变分多尺度公式，基于残差的涡粘性模型，和一个混合模型，结合这两个组件模型。每个模型都包含与不可压缩MHD方程的残差成比例的项，因此是数值一致的。此外，每个模型也是动态的，因为当这个残差很小时，它的影响就消失了。在低雷诺数和高雷诺数下，对新模型进行了衰减MHD Taylor Green涡的测试。模型的评估基于与能量时间演变的直接数值模拟（DNS）以及各个离散时间的能谱的可用数据的比较。一个数值研究，一系列的网格，表明大涡模拟接近DNS解决方案，这些数量与空间网格细化。
2014-12-02 physics.comp-ph
Variational Multiscale Closures for Finite Element Discretizations Using the Mori-Zwanzig Approach
多尺度问题的模拟仍然是一个挑战，由于不同的空间和时间尺度的范围和复杂的相互作用之间的解决和未解决的尺度。本文结合变分多尺度分解和Mori-Zwanzig（M-Z）形式，提出了一种粗粒度连续Galerkin离散化建模方法。M-Z形式主义的一个吸引力是-类似于线性问题的格林函数-未解决的动态对已解决尺度的影响可以在非线性设置中正式表示为卷积（或记忆）积分。为了保证模型的易处理性和有效性，马尔可夫闭包被开发用于M-Z记忆积分。由此产生的子尺度模型有一些相似之处，伴随稳定和正交子尺度模型。通过自适应地确定仿真过程中的内存长度，使模型无参数化。为了说明该模型的通用性，它被用于一维Burgers方程和不可压缩湍流问题的粗粒度模拟。
2020-03-03 physics.comp-ph
ProtoMD: A Prototyping Toolkit for Multiscale Molecular Dynamics
ProtoMD是一个工具包，便于多尺度分子动力学（MD）模拟算法的开发。它是专为多尺度方法，捕捉动态传输的信息跨越多个空间尺度，如原子到介观尺度，通过共同发展的微观和粗粒度（CG）变量。ProtoMD还可以用于校准传统CG-MD方法中所需的参数。该工具包集成了启动MD模拟的“GROMACS包装器”和分析和操纵轨迹文件的“MDAnalysis”。它促进了粗粒度变量的实验，原型罕见事件（如化学反应），或模拟纳米表征实验，如太赫兹光谱，AFM，纳米孔和飞行时间质谱。ProtoMD是用python编写的，在GNU通用公共许可证下可以从github.com/CTCNano/proto_md免费获得。
2016-01-08 physics.comp-ph
Multiscale simulation of rarefied polyatomic gas flow via DIG method
提出一种多尺度数值方法，通过耦合宏观合成方程与DSMC，消除网格限制并加速收敛，在近连续流区域实现显著加速。
2025-01-19 physics.comp-ph
Neural operator accelerated atomistic to continuum concurrent multiscale simulations of viscoelasticity
National Center for Computational Sciences, Oak Ridge National Laboratory（橡树岭国家实验室计算科学国家中心）；Department of Engineering, University of Cambridge（剑桥大学工程系）
本文提出一种基于神经算子的协同多尺度框架，通过原子模拟与连续有限元分析耦合，实现黏弹性材料的多尺度模拟。神经算子替代直接分子动力学计算，高效预测应力和内部变量。
2026-08-13 cond-mat.mtrl-sci physics.comp-ph
Multiscale Unsteady Conjugate Transfer via Modal Projection
本研究提出一种基于模态投影的多尺度非稳态共轭传热方法，通过耦合全局温度场表征与界面局部精细求解、利用解耦模态方程加速长热时间尺度，实现最多四倍计算时间缩减且无显著开销与误差。
2025-07-30 physics.comp-ph
On a multiscale strategy and its optimization for the simulation of combined delamination and buckling
LMT Cachan (ENS Cachan/CNRS/UPMC/PRES UniverSud Paris)（拉格朗日力学与数值模拟实验室（巴黎高等师范学校卡尚校区/CNRS/巴黎第六大学/UniverSud巴黎））
本文提出一种基于多尺度区域分解的非线性有限元并行迭代策略，用于模拟复合材料层合板中多个贯穿宽度分层与全局/局部屈曲的相互作用，并考虑分层表面接触，通过大规模自由度仿真验证了方法的快速收敛性和可扩展性。
2012-08-31 cs.NA math.NA physics.comp-ph
Multiscale simulation of rarefied gas dynamics via direct intermittent GSIS-DSMC coupling
该研究提出间歇式GSIS-DSMC耦合的稀薄气体动力学多尺度模拟方法，利用GSIS的快速收敛与渐近保持特性，消除DSMC对网格尺寸的限制，经数值测试验证了方法的准确性与效率。
2024-07-09 physics.comp-ph
Adaptive Boundaries in Multiscale Simulations
组合分辨率模拟是一种有效的方法来研究分子的性质在一系列的长度和时间尺度。这些模拟可以受益于自适应边界，该自适应边界允许高分辨率区域随着模拟的进行而进行适应（改变大小和/或形状）。在整个模拟过程中，即使是一个简单的分子过程，所需的自由度也会有几个数量级的变化，自适应边界会对这些变化做出反应，以包括适当但不过量的细节。在这里，我们推导出这样的分子模拟的哈密顿量和分布函数。我们还设计了一个算法，可以有效地采样的边界作为一个新的坐标系统。我们将这个框架应用于混合显式/连续表示的肽在溶剂中。我们使用这个例子来讨论成功实现自适应边界的必要条件，这是有效和准确地再现分子特性。
2018-04-03 cond-mat.stat-mech physics.comp-ph
A multiscale porous--resolved methodology for efficient simulation of heat and fluid transport in complex geometries, with application to electric power transformers
流体在复杂几何结构中的流动与传热的数值模拟对于许多应用（例如充油电力Transformers）具有强烈的兴趣。这里的一个基本挑战是，高分辨率是必要的，以解决流体流动现象，但这使得模拟的完整的几何形状非常昂贵的计算能力。在这项工作中，我们开发了一种模拟方法，结合多孔介质的方法来模拟某些区域的域，再加上完全解决的模拟在这些地区被认为是最有趣的详细研究。由于在用多孔方法建模的区域中不能解析诸如热边界层的流动特征，因此这些部分中的分辨率可以是数量级更粗糙的。这种多尺度的方法验证对使用完全解决的模拟在整个域中，以及对扩展Graetz问题的解析解。然后，我们将该方法应用于大型电功率Transformers中的油流和传热的研究，并证明了一个完全解决的方法相比，计算成本显着降低。
2020-09-03 physics.app-ph physics.comp-ph
Variational multiscale turbulence modelling in a high order spectral element method
最近比较有前途的湍流模拟方法之一是由Hughes等人提出的变分多尺度大涡模拟（VMS LES）方法。科学，第3卷，第100页。47-59，2000年]。该方法通过在纳维-斯托克斯方程的离散化中采用先验尺度划分，避免了传统基于滤波器的大涡模拟的几个概念问题。大多数应用VMS LES报告的日期已基于层次的基础上，特别是全球的光谱方法，其中规模分区是简单的。在目前的工作中，我们描述了一个三维高阶谱元方法与节点的基础上的方法的实施。我们报告的结果，从粗网格模拟的湍流通道流在不同的雷诺数，以评估模型的性能。关键词：大涡模拟，变分多尺度法，谱元法，不可压缩流1991 MSC：76 F65，65 M60，65 M70 PACS：47. 27. Eq，02. 70. Hm，02. 70. Dh
2006-06-20 physics.comp-ph physics.flu-dyn
Intelligent multiscale simulation based on process-guided composite database
Livermore Software Technology, an ANSYS company（Livermore软件技术公司（ANSYS旗下））；Northwestern University（西北大学）
在本文中，我们提出了一个集成的数据驱动的建模框架的基础上，过程建模，材料均匀化，机械机器学习，并发多尺度仿真。我们对注塑成型短纤维增强复合材料感兴趣，该材料已被确定为汽车，航空航天和电子工业的关键材料系统。模塑过程在不同的长度尺度上诱导空间变化的微结构，而由此产生的强烈的各向异性和非线性材料特性仍然具有挑战性，通过传统的建模方法来捕获。为了为我们的机器学习任务准备线弹性训练数据，通过随机重建生成具有不同纤维取向和体积分数的代表性体积元素（RVE）。更重要的是，我们利用最近提出的深度材料网络（DMN）从数据中学习隐藏的微尺度形态。通过将基本物理嵌入其构建块中，这种数据驱动的材料模型可以外推以有效准确地预测非线性材料行为。通过DMN的迁移学习，我们创建了一个统一的工艺指导材料数据库，涵盖了短纤维增强复合材料的全方位几何描述符。最后，这个统一的DMN数据库的实施，并与宏观有限元模型，使并发多尺度模拟耦合。从我们的角度来看，所提出的框架在许多其他新兴的多尺度工程系统中也很有前途，例如增材制造和压缩成型。
2020-03-20 cs.CE cs.LG physics.comp-ph
Microstructure-Conditioned Surrogate Models for Graded Multiscale Optimization of Mycelium Composites
研究针对优化含可控微观结构的可持续材料需多尺度模拟及数据量大的问题，提出用超网络对混合物理-数据替代模型依微观结构变量条件设定的方法，实现多尺度模拟，优化圆盘降低应力，还能依制造变量设定网络，加速可持续材料和结构开发。
2026-10-20 cond-mat.mtrl-sci cs.LG cs.NA
A High-Order Variational Multiscale Approach to Turbulence for Compact Nodal Schemes
本文提出了一个公式，扩展变分多尺度模拟可压缩大涡模拟的一个庞大的家庭紧凑的节点数值方法表示的高阶通量重建计划。所提出的配方的理论方面是通过严格的数学推导，清楚地揭示了基本的假设和近似值，并提供了足够的细节，准确再现的方法。最后的形式进行评估的泰勒-格林涡基准与雷诺数为5000和过滤直接数值模拟数据进行比较。这些数值实验表现出的重要作用，充分的去混叠，适当的量从Roe的数值通量和大/小尺度分区的迎风，在实现更好的协议与参考数据，特别是在粗网格，相比基线隐式大涡模拟。
2020-01-30 physics.comp-ph physics.flu-dyn
Active learning for parameter-free multiscale modeling of boundary lubrication
本文提出一种无缝耦合分子与连续介质模型且无需固定本构定律的边界润滑模拟框架，利用高斯过程回归作为替代模型预测界面应力，并结合主动学习算法在相变等失效场景下自适应，为实验尺度下的准确模拟铺路。
2025-03-07 cond-mat.soft physics.comp-ph
Hydrodynamic correlations in the translocation of biopolymer through a nanopore: theory and multiscale simulations
我们调查的过程中，生物聚合物易位通过一个狭窄的孔使用多尺度的方法，明确占与周围的溶剂的分子的流体动力学相互作用。模拟结果证实，耦合的相关分子运动的流体动力学的结果显着加速的易位过程。基于这些结果，我们构建了一个唯象模型，该模型结合了易位过程的统计和动力学特征，并预测易位时间对聚合物长度的幂律依赖性与指数$α$ $\approx 1.2$。来自模拟的指数的实际值是$α= 1.28 \pm 0.01$，其与DNA移位通过纳米孔的实验测量非常一致，并且对模拟中的参数选择不敏感。出现这样一个强大的指数背后的机制与易位和非易位片段的纵向和横向动态之间的相互作用有关。与宏观图像的联系涉及将贡献与团块收缩和移位过程分离，这两者对易位动力学都是必不可少的。
2008-09-05 physics.bio-ph physics.comp-ph
Direct simulation of second sound in graphene by solving the phonon Boltzmann equation via a multiscale scheme
直接模拟石墨材料中的第二声动力学仍然是一项具有挑战性的任务，由于缺乏在这样一个僵硬的流体动力学制度的声子玻尔兹曼方程求解的方法。在这项工作中，我们的目标是通过开发一个多尺度的数值方案，瞬态声子玻尔兹曼方程下卡拉威的双弛豫模型，捕捉以及集体声子动力学来应对这一挑战。与传统的数值方法相比，由于避免了使用小于声子弛豫时间和平均自由程的时间步长和空间步长，本文的多尺度方法在所有输运区都是高效、精确和稳定的.采用多尺度方法研究了两种经典实验探测范式中石墨烯带中弹道脉冲和二次声波的形成、传播和合成。第二声主要由ZA声子模贡献，而弹道脉冲主要由LA和TA声子模贡献。还探讨了温度、同位素丰度和条带尺寸对二次声传播的影响。在流体力学极限下，由于有限的Umklapp、同位素和边缘电阻散射，观测窗内的二次声速最多比理论值小20%。本研究不仅有助于声子玻尔兹曼方程的求解方法，也有助于瞬态流体动力学声子输运的物理作为指导未来的实验检测。
2019-07-31 physics.class-ph physics.comp-ph
Non-intrusive and semi-intrusive uncertainty quantification of a multiscale in-stent restenosis model
不确定性估计的多尺度支架内再狭窄模型的响应，获得非侵入性和半侵入性的不确定性量化。支架内再狭窄模型是支架植入后组织生长的完全耦合多尺度模拟，其中最昂贵的子模型是血流模拟。非侵入性不确定性量化的替代建模将整个模型视为黑盒，并将三个不确定输入直接映射到感兴趣的数量，即新生内膜面积。相应的不确定性估计与准蒙特卡罗模拟的结果吻合得很好。在半侵入式不确定性量化中，最昂贵的子模型被替换为代理模型。我们使用卷积神经网络开发了一个血流模拟的代理模型。新的代理模型的半侵入式方法提供了有效估计的不确定性和灵敏度，同时保持相对较高的精度。它优于早期替代模型获得的结果。它还实现了与非侵入性方法相当的估计，具有类似的效率。非侵入式和半侵入式元建模方法的不确定性传播的结果，让我们得出一些结论，这些方法的优点和局限性。
2021-04-17 physics.comp-ph stat.CO
Multiscale method based on coupled lattice-Boltzmann and Langevin-dynamics for direct simulation of nanoscale particle/polymer suspensions in complex flows
发展了一种耦合Lattice-Boltzmann（LB）方法和Langevin-dynamics（LD）方法的混合计算方法，用于模拟同时存在热涨落和长程多体流体动力学相互作用（HI）的纳米颗粒和聚合物（NPP）悬浮体系.在LD方法中，NPP的布朗运动被一个随机强迫项所捕获。LD方法通过离散LB强迫源分布与非波动LB流体双向耦合，以捕获长程HI。为了保证粒子数量的线性可扩展性，提出了一种用于短距离粒子邻居搜索和交互的欧拉-宿主算法，并嵌入到LB-LD框架中. LB-LD方法的有效性和准确性证明通过几个示例问题。仿真结果与理论和实验结果吻合较好。LB-LD方法可以有利地并入复杂的多尺度计算框架中，用于有效地模拟多尺度、多组分颗粒悬浮系统，例如复杂的血液悬浮液。
2019-06-11 cond-mat.soft physics.bio-ph physics.comp-ph
Multiscale modeling of heat conduction in graphene laminates
我们开发了一种结合原子连续分层多尺度方法来探索石墨烯层压板的有效热导率。为此，我们首先进行了分子动力学模拟，以便在原子水平上研究热传导。采用非平衡分子动力学方法，计算了石墨烯的长度相关热导率以及两个石墨烯片之间的接触热导率。下一步，根据分子动力学模拟提供的结果，我们构建了石墨烯层合板的有限元模型，以探讨宏观层面的有效热导率。还开发了类似的方法来研究由六方氮化硼（h-BN）膜制成的层压材料的热导率。与最近的实验观察相一致，我们的多尺度模型证实了薄片尺寸是影响石墨烯和h-BN层压板热导率的主要因素。所提出的多尺度方法提供的信息可以用来指导实验研究，以制造具有可调的热传导性能的层压板。
2017-03-17 cond-mat.mtrl-sci physics.comp-ph
Multiscale simulation of neutral particle flows in the plasma edge
本文提出一种通用综合迭代方案，通过交替求解动理学方程与宏观综合方程，高效且高精度地模拟了近连续流条件下的等离子体边缘中性粒子流，为核聚变装置设计提供了稳健的计算工具。
2024-11-13 physics.comp-ph physics.plasm-ph
A multiscale method for simulating fluid interfaces covered with large molecules such as asphaltenes
本文报道了模拟复杂液-液体系（如水与含沥青质的油接触）的多尺度方法的发展。我们认为模拟覆盖着沥青质的水滴放气，并再现实验中观察到的折皱。纳米尺度上的方法是基于使用粗粒度的分子动力学模拟的界面，与沥青质分子的精确模型。这使得能够计算界面性质。这些属性，然后使用在宏观尺度模拟，这是一个两相不可压缩流求解器使用一种新的混合水平集/鬼流体/浸没边界的方法，考虑到复杂的界面行为。我们验证了纳米和宏观尺度的方法。结果从纳米和宏观尺度的模拟展示了一些有趣的行为所造成的沥青质影响的界面。这里提出的分子模拟是第一次在文献中获得正确的界面取向的沥青质。从宏观尺度模拟的结果提出了一个新的物理解释的褶皱滴现象，同时突出了以前的假设的缺点。
2018-01-17 cond-mat.soft physics.comp-ph
Multiscale simulations of three-dimensional nanotube networks: Enhanced modeling using unit cells
本研究提出一种基于立方和四方晶胞的三维纳米管网络模拟方法，利用随机游走算法生成网络并在FEM中评估电导率，发现小晶胞能以减少20倍计算时间复现大网络行为，为纳米管材料研究提供通用框架。
2025-01-28 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph physics.comp-ph
Multiscale modelling of structure formation of C$_{60}$ on insulating CaF$_2$ substrates
吸附分子膜的形态在广泛的应用中是令人感兴趣的。要研究这些系统的外延生长在计算机模拟需要访问长时间和长度尺度，通常诉诸动力学蒙特卡罗（KMC）模拟。然而，KMC模拟需要输入跃迁速率及其对外部参数（如温度）的依赖性。实验数据只允许有限的和间接的访问这些利率，模型往往过于简化。在这里，我们遵循自下而上的方法，旨在系统地构建一个示例系统的所有相关速率，该系统在实验中显示出有趣的特性，在氟化钙衬底上的巴克敏斯特富勒烯。我们开发经典的力场（原子和粗粒）和进行分子动力学模拟的基本过渡，以获得明确的表达的过渡率与最小数量的自由参数。
2021-04-21 cond-mat.mtrl-sci physics.comp-ph
Multiscale Modeling of Shock Wave Localization in Porous Energetic Material
已知冲击波与缺陷（例如孔隙）的相互作用在高能材料的化学引发中起关键作用。采用大尺度反应分子动力学和细观流体动力学相结合的方法研究了六硝基二苯乙烯的冲击响应。为了扩展我们的模拟能力，在中尺度，包括弱冲击条件（< 6 GPa），孔隙塌陷的原子模拟被用来定义一个应变率相关的强度模型。比较这些模拟方法，使我们能够施加物理上合理的中尺度模型参数的约束。在这样做的时候，我们已经能够研究冲击波与孔隙相互作用的粘塑性材料响应的函数。我们发现，弱地震的孔隙塌陷行为与强地震的孔隙塌陷行为有着显著的不同。
2017-11-07 cond-mat.mtrl-sci physics.comp-ph
Hybrid Fourier Neural Operator-Plasma Fluid Model for Fast and Accurate Multiscale Simulations of High Power Microwave Breakdown
Group in Computational Science and HPC（计算科学与高性能计算组）；DA-IICT；Dhirubhai Ambani University（迪鲁布希阿尼大学）；Smart Energy Learning Center（智能能源学习中心）；DAU
针对高功率微波击穿多尺度仿真计算成本高的问题，提出融合傅里叶神经算子电磁求解器与等离子体流体求解器的混合模型，实现约60倍加速且精度优异，还提供了多语言仿真工具整合的可行路径。
2025-09-06 cs.AI cs.LG physics.comp-ph
Resampling with neural networks for stochastic parameterization in multiscale systems
Centrum Wiskunde & Informatica（荷兰国家数学与计算机科学研究中心）；University of Amsterdam（阿姆斯特丹大学）
在多尺度动力系统的模拟中，并不是所有的相关过程都可以显式求解。考虑到未解决的过程的影响是重要的，这引入了参数化的需要。我们提出了一种机器学习方法，用于从完全解析的模拟中对观测或参考数据进行有条件的重新排序。它是基于参考数据的子集的概率分类，以宏观变量为条件。这种方法是用来制定一个参数化是随机的，考虑到未解决的尺度的不确定性。我们验证了我们的方法上的洛伦兹96系统，使用两个不同的参数设置，这是具有挑战性的参数化方法。
2020-04-03 cs.LG cs.NA math.NA
Multiscale Universal Interface: A Concurrent Framework for Coupling Heterogeneous Solvers
使用异构求解器的并行耦合数值模拟是建模多尺度现象的有力工具。然而，要进行这种模拟，往往需要对现有准则进行重大修改，这在实践中造成了重大困难。在本文中，我们提出了一个C++库，即多尺度通用接口（MUI），这是能够促进广泛的多尺度模拟的耦合工作。该库采用了只有头的形式，具有最小的外部依赖性，因此可以很容易地放入现有代码中。引入了数据采样器的概念，结合混合动态/静态类型机制，创建一个易于定制的框架，求解器独立的数据解释。该库集成了MPI MPMD支持和异步通信协议，以处理求解器之间的信息交换，而不管求解器自己的MPI意识。模板元编程被大量使用，以同时提高运行时性能和代码灵活性。我们通过解决三个不同的多尺度问题来验证该库，这也证明了该框架在处理异构模型和求解器方面的灵活性。在第一个例子中，库埃特流模拟使用两个同时耦合的光滑粒子流体动力学（SPH）模拟不同的空间分辨率。在第二个例子中，我们耦合确定性SPH方法与随机耗散粒子动力学（DPD）方法来研究表面接枝对表面流体力学性质的影响。在第三个例子中，我们考虑了固体域和流体域之间的共轭传热耦合的基于粒子的能量守恒DPD（eDPD）方法与有限元方法（FEM）。
2015-03-07 cs.CE cs.DC physics.comp-ph
Fluid-structure interaction modeling of blood flow in the pulmonary arteries using the unified continuum and variational multiscale formulation
在这项工作中，我们提出了一个计算流体-结构相互作用（FSI）的研究，健康的患者特定的肺动脉树使用统一的连续和变分多尺度（VMS）制定我们以前开发的。统一的框架是特别适合于FSI，流体和固体的子问题，基本上是以相同的方式解决，因此可以统一集成的广义- $α$方法的时间。此外，VMS公式化提供了一种用于流体子问题中的大涡模拟和固体子问题中的压力稳定的机制。流固耦合问题采用准直接法求解，首先求解统一连续体中的压力和速度，然后通过分离算法得到固体位移，并将其作为网格运动的边界条件。肺动脉FSI模拟的结果，并与刚性壁模拟的结果进行比较。
2020-02-04 cs.NA math.NA physics.comp-ph
