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基于逆快速多极子方法的径向基函数插值的高效网格变形。 (英语) Zbl 1439.65211号

摘要:径向基函数插值通常用于非结构化网格的网格变形算法中,例如在流体-结构交互或设计优化问题中。这是一种稳健的方法,可以生成高质量的变形网格。然而,由于需要求解一个稠密的方程组,目前这种方法对大型问题的适用性受到了高昂的计算成本的限制。如果对解使用直接解算器(其中,(N_{mathrm{b}})表示网格中的边界节点数),计算时间将随着(mathcal{O}(N_}\mathrm}}^3)的增加而增加,而替代迭代解算器通常会出现不利的收敛行为。本文提出了一种新的快速近似直接求解器——逆快速多极子方法,其计算代价为(mathcal{O}(N{mathrm{b}})。线性复杂度是通过将稠密系统转换为扩展的稀疏系统,以及将某些矩阵块压缩为低秩分解来实现的。解算器不精确,尽管误差可以控制,并根据需要尽可能小;因此,低精度求解器可以用作迭代方案中的有效预处理器。数值实验表明,该方法在不影响网格变形算法鲁棒性和质量的前提下,显著提高了基于径向基函数插值的网格变形算法的计算效率。

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65牛顿50 涉及偏微分方程的边值问题的网格生成、细化和自适应方法
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参考文献:

[1] Sieger,D。;Gaulik,S。;阿肯巴赫,J。;Menzel,S。;Botsch,M.,设计优化的约束空间变形技术,计算。辅助设计。,72, 40-51 (2016)
[2] 约翰逊,A。;Tezduyar,T.,具有移动边界和界面的流动问题并行有限元计算中的网格更新策略,计算。方法应用。机械。工程,119,1-2,73-94(1994)·Zbl 0848.76036号
[3] Blom,F.,《关于春天类比的思考》,国际出版社。J.数字。方法流体,32,6647-668(2000)·Zbl 0981.76067号
[4] de Boer,A。;van Zuijlen,A。;Bijl,H.,非匹配网格耦合方法综述,计算。方法应用。机械。工程师,196,8515-1525(2007)·Zbl 1173.74485号
[5] Batina,J.,使用非结构化动态网格的非定常Euler翼型解决方案,AIAA J.,28,8,1381-1388(1990)
[6] Farhat,C。;德根,C。;库布斯,B。;Lesoinne,M.,《二维动态非结构化流体网格的扭转弹簧》,计算。方法应用。机械。工程,163,231-245(1998)·Zbl 0961.76070号
[7] 曾博士。;Ethier,C.,用于更新三维运动域中非结构化网格的半扭转弹簧模拟模型,有限元。分析。设计。,41, 11-12, 1118-1139 (2005)
[8] 马库,G。;穆鲁提斯,Z。;Charmpis,D。;Papadrakakis,M.,三维网格移动边界问题的正交扭转(OST)弹簧模拟方法,计算。方法应用。机械。工程,196,4-6,747-765(2007)·Zbl 1121.74482号
[9] 博塔索,C。;德托米,D。;Serra,R.,ball-vertex方法:非结构化动态网格的一种新的简单弹簧模拟方法,计算。方法应用。机械。工程,194,39-41,4244-4264(2005)·Zbl 1151.74429号
[10] Chiandussi,G。;布格达,G。;Oñate,E.,有限元网格自动更新的简单方法,Commun。数字。方法。工程,16,1,1-19(2000)·Zbl 0960.74060号
[11] Löhner,R。;Yang,C.,移动边界的改进ALE网格速度,Commun。数字。方法。工程,12,10,599-608(1996)·Zbl 0858.76042号
[12] Helenbrook,B.,使用双调和算子的网格变形,Internat。J.数字。方法工程,56,7,1007-1021(2003)·Zbl 1047.76044号
[13] Dwight,R.,使用线性弹性方程的稳健网格变形,(Deconick,H.;Dick,E.,《计算流体动力学2006:第四届计算流体动力学国际会议论文集》,ICCFD,比利时根特,2006年7月(2009),施普林格:施普林格柏林,海德堡),401-406
[14] 刘,X。;秦,N。;Xia,H.,基于delaunay图映射的快速动态网格变形,J.计算。物理。,211, 2, 405-423 (2006) ·Zbl 1138.76405号
[15] de Boer,A。;范德肖特,M。;Bijl,H.,基于径向基函数插值的网格变形,计算。结构。,85, 11-14, 784-795 (2007)
[16] 奥斯特鲁奇,O。;O.莱姆库尔。;博雷尔,R。;佩雷斯·塞加拉,C。;Oliva,A.,非结构化动态网格的并行径向基函数插值方法,计算与流体,80,44-54(2013)·Zbl 1284.76091号
[18] 卢克·E。;柯林斯,E。;Blades,E.,使用显式插值的快速网格变形方法,J.Compute。物理。,231, 2, 586-601 (2012) ·Zbl 1426.76550号
[19] Lefrançois,E.,基于子网格方法的流体-结构相互作用的简单网格变形技术,Internat。J.数字。方法工程,75,9,1085-1101(2008)·兹比尔1195.74185
[25] 美国塞拉。;Biancolini,M.,飞机风洞模型耦合结构和流体动力学代码的气动弹性分析,AIAA J.飞行员。,49, 2, 407-414 (2012)
[26] Biancolini,M。;维奥拉,I。;Riotte,M.,Sails使用CFD和RBF网格变形、计算和优化修剪流体,93,46-60(2014)·Zbl 1391.76264号
[27] Biancolini,M.,《利用径向基函数(RBF)进行网格变形和平滑:使用Fluent和RBF-Morph的一个实例》,(Leng,J.;Sharrock,W.,《计算科学与工程研究手册:理论与实践》(2012),347-380
[29] 雅各布森,S。;Amoignon,O.,网格变形使用径向基函数进行基于梯度的气动形状优化,计算和流体,36,6,1119-1136(2007)·Zbl 1194.76253号
[30] 伦达尔,T。;Allen,C.,《使用径向基函数和数据简化算法的高效网格运动》,J.Compute。物理。,228, 17, 6231-6249 (2009) ·兹比尔1261.76035
[31] 伦达尔,T。;Allen,C.,使用径向基函数的平行高效网格运动,应用于多叶片转子,国际。J.数字。方法工程,81,1,89-105(2010)·Zbl 1183.76839号
[32] Wang,Y。;秦,N。;Zhao,N.,用于快速质量网格变形的Delaunay图和径向基函数,J.计算。物理。,294, 149-172 (2015) ·Zbl 1349.65673号
[33] Bos,F。;van Oudheusden,B。;Bijl,H.,基于径向基函数的网格变形,用于模拟扑翼周围的流动,计算与流体,79,167-177(2013)
[34] 王,G。;Mian,H。;叶,Z.-Y。;Lee,J.-D.,使用径向基函数的混合结构网格变形的改进点选择方法,AIAA J.,53,4,1016-1025(2015)
[35] Michler,A.,飞机使用基于RBF的网格变形控制表面偏转,国际。J.数字。方法工程,88,10,986-1007(2011)·Zbl 1242.76249号
[36] Anjos,G。;北卡罗来纳州博哈尼。;Mangiavacchi,N。;Thome,J.,两相流的三维移动网格有限元方法,J.Comput。物理。,270, 366-377 (2014) ·Zbl 1349.76166号
[37] Livne,O。;Wright,G.,平滑径向基函数展开的快速多级评估,电子。事务处理。数字。分析。,23, 263-287 (2006) ·Zbl 1112.65012号
[38] Gumerov,N。;Duraiswami,R.,通过预处理Krylov迭代进行快速径向基函数插值,SIAM J.Sci。计算。,29, 5, 1876-1899 (2007) ·Zbl 1154.65303号
[39] Bonnet,M.,固体和流体的边界积分方程方法(1995),John Wiley&Sons:John Willey&Sons Chichester,英国
[40] Kalman,R.,线性动力系统的数学描述,SIAM J.控制优化。,1, 2, 152-192 (1963) ·Zbl 0145.34301号
[41] Martinsson,P.-G。;Rokhlin,V.,《二维边界积分方程的快速直接求解器》,J.Compute。物理。,205,1,1-23(2005年)·Zbl 1078.65112号
[42] Chandrasekaran,S。;Dewilde,P。;顾,M。;莱昂斯,W。;Pals,T.,通过稀疏矩阵快速求解HSS表示,SIAM J.矩阵分析。申请。,29, 1, 67-81 (2007) ·Zbl 1135.65317号
[43] 夏,J。;Chandrasekaran,S。;顾,M。;Li,X.,分层半可分矩阵的快速算法,数值。线性代数应用。,17, 6, 953-976 (2010) ·Zbl 1240.65087号
[44] Ho,K。;Greengard,L.,《通过递归骨架化快速直接求解结构化线性系统》,SIAM J.Sci。计算。,34, 5, 2507-2532 (2012) ·Zbl 1259.65062号
[45] Gillman,A。;Martinsson,P.-G.,在没有体载荷的情况下构造二维椭圆边值问题解算子的O(N)算法,高级计算。数学。,40, 4, 773-796 (2014) ·Zbl 1295.65107号
[46] 科罗纳,E。;Martinsson,P.-G。;Zorin,D.,平面上积分方程的A\(O(N)\)直接求解器,应用和计算谐波分析,38,2284-317(2015)·Zbl 1307.65180号
[47] Ho,K。;Ying,L.,椭圆算子的层次插值因式分解:积分方程,通信纯应用。数学。(2015年)
[48] Hackbusch,W.,基于矩阵的稀疏矩阵算法。第一部分:矩阵导论,计算,62,2,89-108(1999)·Zbl 0927.65063号
[49] Hackbusch,W。;Khoromskij,B.N。;Kriemann,R.,基于弱可容许准则的层次矩阵,计算,73207-243(2004)·Zbl 1063.65035号
[54] Buhmann,M.D.,《径向基函数:理论与实现》(2003),剑桥大学出版社:剑桥大学出版社,英国剑桥·Zbl 1038.41001号
[55] Wendland,H.,紧支撑最小度径向基函数插值的误差估计,J.近似理论,93,2,258-272(1998)·Zbl 0904.41013号
[56] 贝克特,A。;Wendland,H.,使用径向基函数解决流体-结构相互作用问题的多元插值,Aerosp。科学。技术。,5, 2, 125-134 (2001) ·兹比尔1034.74018
[57] 方,W。;Darve,E.,《黑盒快速多极子方法》,J.Compute。物理。,228, 23, 8712-8725 (2009) ·Zbl 1177.65009号
[58] Bebendorf,M.,《层次矩阵:有效求解椭圆边值问题的一种方法》(2008),施普林格出版社·Zbl 1151.65090号
[59] Börm,S。;Grasedyck,L。;Hackbusch,W.,《分层矩阵应用简介》,《工程分析》。已绑定。元素。,27, 5, 405-422 (2003) ·Zbl 1035.65042号
[61] Chandrasekaran,M。;顾S。;Pals,T.,分层半可分表示的快速ULV分解求解器,SIAM J.矩阵分析。申请。,28, 3, 603-622 (2006) ·Zbl 1120.65031号
[62] 盛,Z。;Dewilde,P。;Chandrasekaran,S.,《求解分层半可分系统的算法》,(Alpay,D.;Vinnikov,V.,《系统理论、Schur算法和多维分析》。《系统理论,Schur计算和多维分析,算子理论:进步与应用》,第176卷(2007),Birkhä用户:Birkhá用户巴塞尔),255-294·Zbl 1123.65020号
[64] Geuzaine,C。;Remacle,J.-F.,Gmsh:一个内置预处理和后处理设施的三维有限元网格生成器,国际。J.数字。方法工程,79,11,1309-1331(2009)·Zbl 1176.74181号
[65] 博伊德,J。;Gilderswelle,K.,径向基函数插值矩阵条件数的数值实验,应用。数字。数学。,第61页,第4页,第443-459页(2011年)·Zbl 1208.65056号
[66] 萨阿德,Y。;Schultz,M.,GMRES:求解非对称线性系统的广义最小残差算法,SIAM J.Sci。统计计算。,7, 3, 856-869 (1986) ·兹伯利0599.65018
[67] Saad,Y.,《一种灵活的内外预处理GMRES算法》,SIAM J.Sci。统计计算。,14, 2, 461-469 (1993) ·Zbl 0780.65022号
[68] Ying,L。;比罗斯,G。;Zorin,D.,《二维和三维核相关自适应快速多极子算法》,J.Compute。物理。,196, 2, 591-626 (2004) ·Zbl 1053.65095号
[69] Pouransari,H。;Darve,E.,优化分形集的自适应快速多极子方法,SIAM J.Sci。计算。,37、2、A1040-A1066(2015)·Zbl 1316.28010号
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