Published October 8, 2009 | Version v1
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Adaptive sparse polynomial chaos expansions for uncertainty propagation and sensitivity analysis

Description

This thesis takes place in the context of uncertainty propagation and sensitivity analysis of computer simulation codes for industrial application. It is aimed at carrying out such probabilistic studies while minimizing the number of model evaluations which may reveal time consuming. The present work relies upon the expansion of the model response onto the polynomial chaos (PC) basis, which allows the analyst to perform post-processing at a negligible cost. However fitting the PC expansion may require a high number of calls to the model if the latter depends on a large number of input parameters, say more than 10. To circumvent this problem, two algorithms are proposed in order to select only a low number of significant terms in the PC approximation, namely a stepwise regression scheme and a procedure based on Least Angle Regression (LAR). Both approaches eventually provide PC representations with a small number of coefficients which may be computed using a reduced number of model evaluations. The methods are first tested and compared on various academic examples. Then they are applied to the industrial problem of the assessment of a pressure vessel of a nuclear power plant. The obtained results show the efficiency of the proposed procedures to carry out uncertainty and sensitivity analysis of high-dimensional problems. (author)

Abstract (French)

Cette these s'insere dans le contexte general de la propagation d'incertitudes et de l'analyse de sensibilite de modeles de simulation numerique, en vue d'applications industrielles. Son objectif est d'effectuer de telles etudes en minimisant le nombre d'evaluations du modele, potentiellement couteuses. Le present travail repose sur une approximation de la reponse du modele sur la base du chaos polynomial(CP), qui permet de realiser des post-traitements a un cout de calcul negligeable. Toutefois, l'ajustement du CP peut necessiter un nombre consequent d'appels au modele si ce dernier depend d'un nombre eleve de parametres (e.g. superieur a 10). Pour contourner ce probleme, on propose deux algorithmes pour ne selectionner qu'un faible nombre de termes importants dans la representation par CP, a savoir une procedure de regression pas-a-pas et une procedure basee sur la methode de Least Angle Regression (LAR). Le faible nombre de coefficients associes aux CP creux obtenus peuvent ainsi etre determines a partir d'un nombre reduit d'evaluations du modele. Les methodes sont validees sur des cas-tests academiques de mecanique, puis appliquees sur le cas industriel de l'analyse d'integrite d'une cuve de reacteur a eau pressurisee. Les resultats obtenus confirment l'efficacite des methodes proposees pour traiter les problemes de propagation d'incertitudes et d'analyse de sensibilite en grande dimension. (auteur)

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Original title (French)
Chaos polynomial creux et adaptatif pour la propagation d'incertitudes et l'analyse de sensibilite

Publishing Information

Imprint Pagination
239 p.
Report number
FRNC-TH--14288

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Notes
[210 refs.]; Available from the INIS Liaison Officer for France, see the INIS website for current contact and E-mail addresses