Verificación, validación y riesgos

Matriz V&V

“Verificación” comprueba que se resolvieron las ecuaciones elegidas; “validación” compara esas ecuaciones con realidad. Una coincidencia experimental no sustituye balances y convergencia, ni viceversa.

Bloque	Prueba/referencia	Métricas	Criterio inicial
EOS	estados analíticos SG/NASG	\(p,e,c,T\), positividad	error <\(10^{-10}\) en doble precisión
Basilisk	burbuja estática de Laplace	\(\Delta p=2\sigma/R\), corrientes espurias	<1 % presión; velocidad decrece con malla
Basilisk	Rayleigh–Plesset/Keller–Miksis	\(R(t),t_c,p_gV^\Gamma\)	\(t_c<2\)% y convergencia monotónica
Basilisk	pulso acústico homogéneo	velocidad, amplitud, reflexión	velocidad <1 %; reflexión de frontera <1 %
Basilisk pared	Dular, Philipp–Lauterborn, Supponen	forma, \(t_c,u_j,d_j\)	bandas experimentales, sin ajustar a presión no medida
Carga pared	experimento con sensor publicado	llegada, FWHM, pico por sensor, impulso	intervalo experimental + incertidumbre
MPM elástico	onda 1-D/placa analítica	\(c_L,R,T,u,\sigma,E\)	<2 % en ROI
MPM plástico	Johnson–Cook MPM/cupón publicado	curva esfuerzo–deformación, disipación instrumentada	tolerancia del dato y refinamiento
MPM contacto	impacto/indentación publicado	fuerza, rebote, energía	tendencia y <5 % si los datos lo permiten
Mapeo	campos uniforme, cuadrático y pulsos exactos	columnas de \(M\), \(F,J\)	\(10^{-10}\) unitario; <1 % producción
MVP acoplado	FEniCSx lineal independiente	normas \(L_2\), máximos filtrados, energía	<5 % y misma tendencia de convergencia
Gradación	ondas en laminado/FGM publicado	transmisión, reflexión, tiempos	<5 % antes de plasticidad/daño
Validación daño	cráter/daño de burbuja única	radio, profundidad, volumen, tiempo	intervalo experimental; no calibrar y validar con el mismo caso

La comparación con Dular usa su diámetro, tiempo, forma, velocidades y daño de lámina. Ese artículo no midió \(p_w(r,t)\); no se inventará una validación de presión a partir de la profundidad del cráter. Para presión e impulso se eligen experimentos con sensor, se reproduce su área activa y se propaga su ancho de banda.

Convergencia y separación de errores

Fluido

Niveles máximos 14, 15 y 16; tolerancias AMR reducidas por dos.
CFLac 0.5, 1 y 2; cadencia de salida 10, 20 y 40 ns en impacto.
Dominios 80, 100 y \(120R_0\), o condición no reflectante validada.
Sensores equivalentes fijos en unidades físicas, no en número de celdas.
Reportar GCI/orden observado cuando haya régimen asintótico; si el pico no converge, reportar su dependencia y privilegiar impulso/área promedio.

Sólido

\(\Delta x=200,100,50\ \mu\)m; 1, 8 y 27 puntos/celda.
\(C_s=0.2,0.4\) y carga promediada exactamente en cada paso.
Dominio por separado de la malla y ventana anterior al retorno de ondas.
Daño regularizado con longitud física; comprobar disipación por unidad de área.

Se conservan cuatro componentes: error de discretización fluida, error del mapeo, error de discretización sólida y discrepancia del modelo físico. La comparación FEM usa la misma carga mapeada para aislar el sólido; una segunda comparación usa la carga radial analítica para aislar el mapeo. La incertidumbre de \(p_{g0}\), propiedades de alta tasa, porosidad y sensor se propaga después de cerrar los errores numéricos.

Balances

En Basilisk se registran masa por fase, momento, energía cinética, interna, superficial y flujo por fronteras. Para el Kratos MPM elástico:

\[ E_k+E_e-W_{ext}=E_0+\varepsilon_E. \]

Kratos entrega energía cinética, de deformación, potencial y total; el adaptador debe calcular (W_{ext}) con la fuerza aplicada. (E_p,E_v,E_d,E_{abs}) solo se añaden cuando una ley o condición instrumentada las exponga y verifique: no se deducen como nombres distintos del residuo. El mapeo verifica fuerza e impulso; el trabajo no tiene un “balance” con la pared rígida de CFD.

Validez del acoplamiento unidireccional

Después de cada caso MPM se calculan

\[ \epsilon_R=\frac{\max|u_z|}{R_0},\qquad \epsilon_g=\frac{\max|u_z|}{\max(H-R_0,\,0.1R_0)}, \]

\[ \epsilon_v=\frac{\max|\dot u_z|}{\max(U_j,U_R)},\qquad \epsilon_{pulse}=\frac{\max|\dot u_z|\tau_p} {\max(H-R_0,\,0.1R_0)}, \qquad \Theta=\frac{\tau_{surface}}{t_R}. \]

El modelo se considera de perturbación pequeña si \(\epsilon_R<0.01\), \(\epsilon_g<0.05\), \(\epsilon_v<0.05\) y \(\epsilon_{pulse}<0.01\). Son umbrales de trabajo y se somete su efecto a sensibilidad. Si se excede cualquiera, el hueco, la velocidad relativa o el tiempo de impacto pueden cambiar y se requiere pared móvil o acoplamiento bidireccional.

Hay un límite adicional aun con desplazamiento pequeño: la pared rígida refleja una onda de manera distinta de una superficie de impedancia finita. Para incidencia normal lineal,

\[ \mathcal R_p=\frac{Z_s-Z_l}{Z_s+Z_l}. \]

Se reporta \(1-|\mathcal R_p|\); si supera 5 %, la carga rígida solo permite una comparación controlada bajo carga común, no una predicción fiel de la burbuja sobre ese recubrimiento. Este chequeo es especialmente importante porque la variable de diseño es precisamente \(Z_s\). El resultado del MVP debe separar “filtrado estructural de una carga rígida prescrita” de “reducción real de carga por interacción fluido–estructura”.

Riesgos y mitigaciones

Riesgo	Señal diagnóstica	Mitigación/criterio de parada
Pico depende de malla	crece al reducir \(\Delta\) mientras el impulso se estabiliza	promedios de sensor físicos, GCI e impulso; no usar celda máxima.
Oscilación compresible numérica	frecuencia sigue \(\Delta\) o CFL	tests de pulso/EOS, limitador, refinamiento; filtro solo con evidencia y copia cruda.
EOS inconsistente	\(c,e,T\) o presión inicial erróneos	test unitario por estado, tabla de unidades y auditoría NASG antes de usarla.
Onda inicial espuria	pulso antes del colapso	inicialización Laplace/compatible y balance de energía desde \(t=0\).
Reflexión exterior	segunda llegada dependiente de \(L\)	dominio mayor/no reflectante verificada; recortar ventana.
Pérdida al exportar	fuerza HDF5 no coincide con runtime	bordes anulares, float64, checksum, reducción MPI y validación antes de borrar checkpoint.
Mapeo no conservativo	columnas de \(M\), fuerza o impulso fallan	intersección geométrica, área común y fallo >2 %.
Pulso submuestreado	pico cambia con cadencia; pocos puntos/FWHM	salida activada, ≥20 muestras/FWHM, promedio temporal exacto en MPM.
MPM inestable	energía/momento explotan	CFL acústico, rampa solo si física, refinar tiempo; nunca ensanchar el pulso para estabilizar.
Cell crossing/grid noise	bandas ligadas a grid/patrón de partículas	estudio puntos/celda y traslación de grid; otra base de partícula solo tras benchmark Kratos compatible.
Daño dependiente de malla	volumen/energía tienden a cero	longitud/energía regularizada y estudio de objetividad.
Reflexión sólida	ondas retornan antes de ventana	ampliar dominio o recortar ventana; absorbentes solo como desarrollo calibrado.
Datos de alta tasa ausentes	parámetros no identificables	ensayos dedicados, intervalos, análisis de sensibilidad; detener afirmación cuantitativa.
Interfaz idealizada	tensiones altas sin modo de delaminación	reportar unión perfecta; añadir cohesión solo con datos de adhesión/fractura.
Pared rígida sobreinterpretada	\(\epsilon\) o impedancia fuera de umbral	etiquetar como carga común o migrar a pared móvil/two-way.
Daño confundido con erosión	`D=1` se llama pérdida de masa	taxonomía explícita; múltiples colapsos/calibración antes de erosión acumulada.
Licencia/procedencia	código copiado sin commit/licencia	parches mínimos, solver lock, auditoría de compatibilidad y DOI de datos.

Incertidumbre

Se asignan distribuciones o intervalos únicamente a magnitudes medibles: \(p_{g0}\), \(R_0,H\), propiedades del agua, área/ancho de banda del sensor, \(E,\nu,\rho,\sigma_y\), parámetros de tasa, porosidad y espesor. La incertidumbre numérica se informa por separado. Se reservan datos experimentales para validación ciega; ajustar y evaluar el mismo cráter solo mide capacidad de ajuste.