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SPP 1962: Nichtglatte Systeme und Komplementaritätsprobleme mit verteilten Parametern: Simulation und mehrstufige Optimierung
Fachliche Zuordnung
Mathematik
Maschinenbau und Produktionstechnik
Maschinenbau und Produktionstechnik
Förderung
Förderung seit 2016
Projektkennung
Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 274039581
Many of the most challenging problems in the applied sciences involve non-differentiable structures as well as partial differential operators, thus leading to non-smooth distributed parameter systems. The associated non-smoothness typically arises (1) directly in the problem formulation (through non-smooth energies/objectives or system components), (2) through inequality constraints, nonlinear complementarity or switching systems, or (3) as a result of competition and hierarchy, typically leading to multiobjective/hierarchical optimization or to quasi-variational inequality problems. In this context, the transition from smoothing or simulation based approaches to genuinely non-smooth techniques or to multi-objective respectively multi-level optimization are crucial. This motivates the research of the Priority Programme. The goals of the programme are to: • lay the analytical foundations (through, e.g., the advancement of non-smooth and set-valued analysis)• establish a basis for stable numerical approximation through the design of algorithms with mesh independent convergence• address the influence of parameters, which enter the above-mentioned problems and which fall into a specified parameter range (uncertainty set)The overall research of the Priority Programme aims at combining non-smooth (numerical) analysis of non-linear complementarity, quasi-variational inequality and hierarchical optimization problems, the development, analysis and realization of robust solution algorithms, and applications of large-scale and infinite-dimensional problems where non-smoothness/switching occurs in or are due to:• systems governing an optimization problem• lower level problems of bi- or multilevel equilibrium problems• coupled systems of equilibrium problems (in particular (generalized) Nash games)• systems that require robust solutions• quasi-variational inequalitiesThe research of the Priority Programme will be validated against prototypical applications. These include: • multi-physics problems such as frictional elasto-plastic contact problems in a dynamic regime and coupled with thermal effects• motion optimization and optimal system design in robotics and biomechanics• multi-objective control systems such as (generalized) Nash equilibrium problems in technical or life sciences as well as in economics The cross section of each of the envisaged research areas exhibits a spectrum from basic research projects to research addressing specific applications. Clustered around such proto-typical applications, the research is organized in three communicating research areas:Area 1: Modelling, problem analysis, algorithm design and convergence analysisArea 2: Realization of algorithms, adaptive discretization and model reductionArea 3: Incorporation of parameter dependencies and robustnessThe cross section of each of the envisaged research areas exhibits a spectrum from basic research projects to research addressing specific applications.
DFG-Verfahren
Schwerpunktprogramme
Internationaler Bezug
Australien, Italien, Niederlande, Schweiz, Senegal, Südafrika, USA
Projekte
- Approximation nichtglatter optimaler konvexer Formen mit Anwendungen bei Problemen optimaler Isolierung und minimalen Widerstands (Antragsteller Bartels, Sören ; Wachsmuth, Gerd )
- Bilevel optimaler Transport (Antragsteller Lorenz, Dirk A. ; Meyer, Christian )
- Ein einheitlicher Zugang zur optimalen Quantifizierung von Unsicherheiten und zu risikoaverser Optimierung mit Quasivariationsungleichungen (Antragsteller Hintermüller, Michael )
- Ein Kalkül für nicht-glatte Formoptimierung mit Anwendungen auf geometrische inverse Probleme (Antragsteller Herzog, Roland ; Schmidt, Stephan )
- Ein nichtglatter Phasenfeld Zugang für Formoptimierung mit instationären Fluiden (Antragsteller Hintermüller, Michael ; Hinze, Michael )
- Formoptimierung zur Reduktion von Küstenerosion (Antragsteller Schulz, Volker )
- Gekoppelte Systeme von hyperbolischen PDEs und geschalteten DAEs: Analysis, Numerik und Anwendungen bei Blutkreislaufmodellen (Antragsteller Borsche, Raul ; Trenn, Stephan )
- Identifikation von Energien durch Beobachtung der zeitlichen Entwicklung von Systemen (Antragsteller Fornasier, Massimo )
- Identifikation von Spannungen in heterogenen Kontaktmodellen (Antragsteller Duda, Georg ; Weiser, Martin )
- Koordinatorfonds (Antragsteller Hintermüller, Michael )
- Mehrskalige Steuerungskonzepte für transportdominierte Probleme (Antragstellerinnen / Antragsteller Göttlich, Simone ; Herty, Michael )
- Mehrziel-Optimalsteuerung partieller Differentialgleichungen mittels Modellreduktion (Antragsteller Dellnitz, Michael ; Peitz, Sebastian ; Volkwein, Stefan )
- Multi-Leader-Follower Games im Funktionenraum (Antragstellerinnen Schwartz, Alexandra ; Steffensen, Sonja )
- Multiphysikalische Phänomene in der Hochtemperatursupraleitung: Analysis, Numerik und Optimierung (Antragsteller Yousept, Irwin )
- Nichtglatte Multi-Level Optimierungsalgorithmen für energetische Formulierungen von Elastoplastizität bei finiten Verzerrungen (Antragsteller Sander, Oliver ; Schiela, Anton )
- Nichtglatte und nichtkonvexe Optimale Transport-Probleme (Antragsteller Schmitzer, Bernhard ; Wirth, Benedikt )
- Nichtglatte Verfahren für auf Komplementaritäten basierende Formulierungen geschalteter Advektions-Diffusions-Prozesse (Antragsteller Kirches, Christian ; Sager, Sebastian )
- Numerische Methoden für die Diagnose und Planung von Therapien bei Zerebralparese durch zweistufige Optimalsteuerungsprobleme bei beschränkten biomechanischen Mehrkörpersystemen (Antragstellerinnen / Antragsteller Bock, Hans Georg ; Kostina, Ekaterina )
- Optimale Steuerung dissipativer Materialien: Viskositätslimiten und nicht-glatte Algorithmen (Antragstellerinnen / Antragsteller Herzog, Roland ; Knees, Dorothee ; Meyer, Christian )
- Optimale Steuerung von elastostatischen Kontaktproblemen mit finiten Verzerrungen (Antragsteller Schiela, Anton )
- Optimale Steuerung von elliptischen und parabolischen Quasi-Variationsungleichungen (Antragsteller Hintermüller, Michael )
- Optimale Steuerung von Variationsungleichungen zweiter Art mit Anwendung bei der Optimierung scherverdünnender Nicht-Newtonscher Fluide (Antragsteller Meyer, Christian ; Schweizer, Ben ; Turek, Stefan )
- Optimalsteuerungsprobleme mit zwei Entscheidungsebenen: Theorie, Algorithmen und Anwendungen (Antragsteller Dempe, Stephan ; Wachsmuth, Gerd )
- Optimierung variationeller Ungleichungen auf Form-Mannigfaltigkeiten (Antragsteller Schulz, Volker )
- Optimierung von Rissausbreitung mittels eines Phasenfeldansatzes (Antragstellerinnen / Antragsteller Neitzel, Ira ; Wick, Thomas ; Wollner, Winnifried )
- Optimierungsprobleme mit nicht-glatter Struktur in Banachräumen (Antragsteller Kanzow, Christian ; Wachsmuth, Daniel )
- Optimierungsverfahren für Optimierungsprobleme mit Gleichgewichtsnebenbedingungen im Funktionenraum basierend auf adaptiver Fehlerkontrolle und reduzierten Modellen oder Niedrigrang-Tensorapproximationen (Antragsteller Ulbrich, Stefan ; Ulbrich, Michael )
- Parameteridentifikation in Modellen mit scharfen Phasenübergängen (Antragsteller Clason, Christian ; Rösch, Arnd )
- Restringierte Mean-Field-Spiele: Analysis und Algorithmen (Antragsteller Hintermüller, Michael )
- Semi-Smooth Newton-Verfahren in Formenräumen (Antragstellerinnen / Antragsteller Schulz, Volker ; Welker, Kathrin )
- Shape Optimierung für Maxwell Gleichungen unter Berücksichtigung von Hysterese Effekten in den Materialgesetzen (Antragstellerinnen / Antragsteller Schmidt, Stephan ; Walther, Andrea )
- Simulation und Optimierung ratenunabhängiger Systeme mit nichtkonvexen Energien (Antragstellerinnen / Antragsteller Knees, Dorothee ; Meyer, Christian )
- Simulation und Steuerung eines nichtglatten Cahn-Hilliard-Navier-Stokes-Systems mit variablen Fluiddichten (Antragsteller Hintermüller, Michael ; Hinze, Michael )
- Spannungsbasierte Methoden für Variationsungleichungen in der Festkörpermechanik: Finite-Element-Methoden und Lösung durch hierarchische Optimierung (Antragsteller Starke, Gerhard )
- Theorie und Lösungsverfahren für verallgemeinerte Nash-Gleichgewichtsprobleme mit Netzwerken von nichtlinearen hyperbolischen Erhaltungsgleichungen (Antragsteller Ulbrich, Stefan ; Ulbrich, Michael )
- Verallgemeinerte Nash-Gleichgewichtsprobleme mit partiellen Differentialoperatoren: Theorie, Algorithmik und Riskioaversion (Antragsteller Hintermüller, Michael ; Surowiec, Thomas Michael )
Sprecher
Professor Dr. Michael Hintermüller
Beteiligte Person
Jana Segmehl