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数学 > 数值分析

arXiv:2505.00713 (math)
[提交于 2025年4月9日 ]

标题: 基于部分积分的正则化在BEM求解三维弹性静力学问题中的作用:线积分的角色

标题: Partial integration based regularization in BEM for 3D elastostatic problems: The role of line integrals

Authors:Vibudha Lakshmi Keshava, Martin Schanz
摘要: 边界元方法(BEM)是一种求解三维弹塑性问题的强大数值方法,尤其适用于断裂力学中的裂纹扩展和半空间问题。尽管具有这些优点,BEM面临着与密集系统矩阵和奇异积分核相关的重大挑战。可以使用各种快速方法来减轻计算负担;本研究采用基于切比雪夫插值的快速多极方法(FMM)。为了处理奇异核,存在多种分析和数值积分或正则化技术。一种这样的技术结合部分积分与斯托克斯定理,将超奇异和强奇异核转化为弱奇异核。然而,应用斯托克斯定理在半空间问题中引入了线积分,并且在使用FMM时,由于几何被划分为近场和远场区域并且必须作为开放表面处理。本文提出了强奇异和超奇异核所需的线积分,并展示了它们在上述问题中的意义。
摘要: The Boundary Element Method (BEM) is a powerful numerical approach for solving 3D elastostatic problems, particularly advantageous for crack propagation in fracture mechanics and half-space problems. Despite its benefits, BEM faces significant challenges related to dense system matrices and singular integral kernels. The computational expense can be mitigated using various fast methods; this study employs the Chebyshev interpolation-based Fast Multipole Method (FMM). To handle singular kernels, several analytical and numerical integration or regularization techniques exist. One such technique combines partial integration with Stokes' theorem to transform hyper-singular and strong singular kernels into weakly singular ones. However, applying Stokes' theorem introduces line integrals in half-space problems and with FMM, where the geometry is partitioned into near-field and far-field regions and must be treated as an open surface. In this paper, the necessary line integrals for strongly singular and hyper-singular kernels are presented and their significance in the aforementioned problems is demonstrated.
评论: 28页,10幅图,7张表格,提交至《工程分析与边界元素》
主题: 数值分析 (math.NA)
MSC 类: 35L05, 65M38, 65R20
引用方式: arXiv:2505.00713 [math.NA]
  (或者 arXiv:2505.00713v1 [math.NA] 对于此版本)
  https://doi.org/10.48550/arXiv.2505.00713
通过 DataCite 发表的 arXiv DOI

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来自: Martin Schanz [查看电子邮件]
[v1] 星期三, 2025 年 4 月 9 日 14:58:22 UTC (3,125 KB)
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