×

近似欧几里德球和非局部问题有限元方法中求积规则的食谱。 (英语) Zbl 1473.65188号

摘要:有限元方法(FEM)在具有有限范围交互作用的非局部模型中的实现带来了偏微分方程(PDE)环境中所没有的挑战。例如,我们必须处理涉及二重积分的弱形式,这导致离散系统具有更高的组装和求解成本,因为与用于PDE的FEM相比,稀疏性可能要低得多。此外,可能会遇到非光滑被积函数。在许多非局部模型中,非局部相互作用仅限于被普遍选择为欧几里德球的有界邻域,这导致了处理此类球与有限元的交点的挑战。我们专注于开发FEM刚度矩阵高效组装的配方,以及二重积分求积规则的选择,这有助于提高组装效率并具有足够的精度。我们的配方的一个主要特点是使用近似球,例如欧几里德球的几个多边形近似,除其他优点外,它减轻了处理球元素交点的挑战。我们提供了我们开发的几种方法的相对准确性和效率的数值说明。

MSC公司:

65平方米 涉及偏微分方程初值和初边值问题的有限元、Rayleigh-Ritz和Galerkin方法
第45页第99页 线性积分方程
45第05页 积分运算符
65天30分 数值积分
65岁15岁 涉及PDE的初值和初边值问题的误差界
65卢比99 积分方程、积分变换的数值方法
PDF格式BibTeX公司 XML格式引用
全文: DOI程序

参考文献:

[1] Abramowitz,M.和Stegun,I.,《带公式、图形和数学表的数学函数手册》(国家标准局和多佛,1972年)·Zbl 0543.33001号
[2] Ainsworth,M.和Glusa,C.,分数Laplacian自适应有限元方法方面:先验和后验误差估计,高效实现和多重网格求解器,计算。方法应用。机械。工程327(2017)4-35·Zbl 1439.65142号
[3] Ainsworth,M.和Glusa,C.,《多边形域上积分分数Laplacian的高效有限元方法》,《当代计算数学——庆祝Ian Sloan 80岁生日》(Springer,2018),第17-57页·Zbl 1407.65276号
[4] Aksoylu,B.和Parks,M.,非局部问题的变分理论和区域分解,应用。数学。计算217(2011)6498-6515·Zbl 1214.65062号
[5] Aksoylu,B.和Unlu,Z.,分数Sobolev空间中非局部积分算子的条件分析,SIAM J.Numer。分析52(2014)653-677·兹比尔1297.65201
[6] Alali,B.和Gunzburg,M.,周动力学和材料界面,J.Elast.120(2015)225-248·Zbl 1455.74009号
[7] Alali,B.和Lipton,R.,非均质介质在周动力配方中的多尺度动力学,J.Elast.106(2012)71-103·Zbl 1320.74029号
[8] Askari,E.,多尺度材料建模的周动力学,J.Phys。,Conf.Ser.125(2008)649-654。
[9] Bates,P.和Chmaj,A.,《相变的积分微分模型:高空间维度的定态解》,《J.Stat.Phys.95》(1999)1119-1139·Zbl 0958.82015号
[10] Benson,D.、Wheatcraft,S.和Meerschaert,M.,分数对流扩散方程的应用,水资源。第36号决议(2000)1403-1412。
[11] Bobaru,F.和Hu,W.,《周动力层位的含义、选择和使用及其与脆性材料中裂纹分支的关系》,《国际分形杂志》176(2012)215-222。
[12] Brenner,S.和Scott,R.,《有限元方法的数学理论》(Springer,2007)。
[13] Buades,A.,Coll,B.和Morel,J.,图像去噪方法。新的非局部原理,SIAM Rev.52(2010)113-147·Zbl 1182.62184号
[14] Burch,N.,D'Elia,M.和Lehoucq,R.,马尔可夫跳跃过程的退出时间问题,欧洲物理学。J.Spec.Top.223(2014)3257-3271。
[15] G.Capodaglio、M.D'Elia、P.Bochev和M.Gunzburger,非局部界面问题的基于能量的耦合方法,arXiv:2001.03696·Zbl 1521.76117号
[16] Chen,X.和Gunzburger,M.,《力学周动力学模型的连续和不连续有限元方法》,计算。方法应用。机械。工程.200(2011)1237-1250·Zbl 1225.74082号
[17] Chernov,A.和Schwab,C.,任意维单形上奇异积分的Gauss-Jacobi求积的指数收敛性,SIAM J.Numer。分析50(2012)1433-1455。2970750. ·Zbl 1252.65209号
[18] Chernov,A.、von Petersdorff,T.和Schwab,C.,具有Gevrey核的积分算子求积的指数收敛性,ESAIM Math。模型。数字。分析45(2011)387-422。2804644. ·Zbl 1269.65143号
[19] J.Cheung,P.Bochev,M.Perego和M.Gunzburger,光滑边界域的多视近似的最优精确高阶有限元方法,计算数学(即将出版),arXiv:1710.05628·Zbl 1417.65186号
[20] Ciarlet,P.,《椭圆问题的有限元方法》(SIAM,2002)·Zbl 0999.65129号
[21] Cortazar,C.、Elgueta,M.、Rossi,J.和Wolanski,N.,《如何通过非局部扩散问题用Neumann边界条件近似热方程》,Arch。定额。机械。分析.187(2008)137-156·Zbl 1145.35060号
[22] Cottrell,J.、Hughes,T.和Bazilevs,Y.,《等几何分析:走向CAD和FEA的集成》(Wiley,2009)·Zbl 1378.65009号
[23] Delgoshaie,A.、Meyer,D.、Jenny,P.和Tchelepi,H.,多孔介质中多尺度流动的非对数公式,J.Hydrol.531(2015)649-654。
[24] M.D’Elia,Q.Du,C.Glusa,M.Gunzburg,X.Tian和Z.Zhou,非局部和分数模型的数值方法,arXiv:2002.01401。
[25] D’Elia,M.,Du,Q.,Gunzburg,M.和Lehoucq,R.,有界域上的非局部对流扩散问题和有限范围跳跃过程,计算。方法应用。数学17(2017)707-722·Zbl 1436.35307号
[26] D'Elia,M.和Gunzburger,M.,非局部稳态扩散问题中扩散参数的识别,应用。数学。优化73(2016)227-249·Zbl 1342.49053号
[27] D'Elia,M.,Tian,X.和Yu,Y.,《将局部边界条件转换为非局部体积约束的物理一致、灵活和有效策略》,发表于SIAM J.Sci。计算42(2020)A1935-A1949·Zbl 1474.45073号
[28] D'Elia,M.和Gunzburger,M.,非局部稳态扩散问题的最优分布式控制,SIAM J.控制优化52(2014)243-273·Zbl 1298.49006号
[29] Du,Q.,Gunzburger,M.,Lehoucq,R.和Zhou,K.,体积约束下非局部扩散问题的分析和近似,SIAM Rev.54(2012)667-696·Zbl 1422.76168号
[30] Du,Q.,Gunzburger,M.,Lehoucq,R.和Zhou,K.,《非局部向量演算、非局部体积约束问题和非局部平衡定律》,数学。模型方法应用。Sci.23(2013)493-540·Zbl 1266.26020号
[31] Fies,G.D.和Vianello,M.,《平面透镜和气泡的代数容积》,《白云石研究笔记》,约5(2012)7-12。
[32] Fife,P.,《抛物线和类抛物线演化中的一些非经典趋势》,车辆自组织网络(Springer-Verlag,2003),第153-191页·Zbl 1072.35005号
[33] Gilboa,G.和Osher,S.,非局部线性图像正则化和监督分割,多尺度模型。模拟6(2007)595-630·Zbl 1140.68517号
[34] Gilboa,G.和Osher,S.,图像处理应用的非局部算子,多尺度模型。模拟7(2008)1005-1028·Zbl 1181.35006号
[35] Gulian,M.、Raissi,M.,Perdikaris,P.和Karniadakis,G.E.,空间分数微分方程的机器学习,SIAM J.Sci。计算41(2019)A2485-A2509·Zbl 1419.35209号
[36] Ha,Y.-D.和Bobaru,F.,用周动力学捕获的动态脆性断裂特征,《工程分形》。机械78(2011)1156-1168。
[37] Lischke,A.,Pang,G.,Gulian,M.,Song,F.,Glusa,C.,Zheng,X.,Mao,Z.,Cai,W.,Meerschaert,M.M.,Ainsworth,M.和Karniadakis,G.E.,分数拉普拉斯语是什么?与新结果的对比审查,J.Compute。《物理学》404(2020)109009·兹比尔1453.35179
[38] Littlewood,D.,《使用周动力学、有限元建模和接触模拟动态断裂》。ASME 2010国际机械工程大会和展览会(2010)。
[39] Lou,Y.、Zhang,X.、Osher,S.和Bertozzi,A.,《通过非局部算子进行图像恢复》,J.Sci。计算42(2010)185-197·Zbl 1203.65088号
[40] Meerschaert,M.和Sikorskii,A.,分数微积分的随机模型,(Gruyter,2012)·Zbl 1247.60003号
[41] Mengesha,T.和Du,Q.,具有变号核的标量非局部周动力学模型的分析,离散Contin。动态。系统。B18(2013)1415-1437·兹比尔1278.45014
[42] Pang,G.,D'Elia,M.,Parks,M.和Karniadakis,G.E.,nPINNs:参数化非局部通用拉普拉斯算子的非局部物理信息神经网络,算法应用arXiv:2004.04276。
[43] Pang,G.,Lu,L.和Karniadakis,G.E.,fPINNs:分数物理信息神经网络,SIAM J.Sci。计算41(2019)A2603-A2626·Zbl 1420.35459号
[44] Parks,M.、Lehoucq,R.、Plimpton,S.和Silling,S.,在分子动力学代码中实现周动力学,Comput。物理学。Commun.179(2008)777-783·Zbl 1197.82014年
[45] M.Parks、D.Littlewood、J.Mitchell和S.Silling,Peridigm用户指南,技术报告SAND2012-7800,桑迪亚国家实验室(2012)。
[46] M.Parks、P.Seleson、S.Plimpton、R.Lehoucq和S.Silling,《LAMMPS的周动力学:用户指南》,技术报告SAND2010-5549,桑迪亚国家实验室(2010年)。
[47] Sauter,S.和Schwab,C.,边界元方法(Springer-Verlag,2011)·Zbl 1215.65183号
[48] Schumer,R.、Benson,D.、Meerschaert,M.和Baeumer,B.,《多尺度分数阶对流扩散方程及其解》,《水资源》。第39号决议(2003)1022-1032。
[49] Schumer,R.、Benson,D.、Meerschaert,M.和Wheatcraft,S.,分数阶对流扩散方程的欧拉推导,J.Contam。《水文学》48(2001)69-88。
[50] Silling,S.,《不连续性和长程力弹性理论的改革》,J.Mech。物理学。《固体》48(2000)175-209·Zbl 0970.74030号
[51] Tian,X.和Du,Q.,非局部扩散和线性动力学方程不同近似的分析和比较,SIAM J.Numer。分析51(2013)3458-3482·Zbl 1295.82021号
[52] Tian,X.和Du,Q.,渐近兼容格式及其在非局部模型稳健离散化中的应用,SIAM J.Numer。分析52(2014)1641-1665·Zbl 1303.65098号
[53] C.Vollmann,具有截断相互作用核的非局部模型-分析,有限元方法和形状优化,博士论文,特里尔大学(2019年)。
[54] Vollmann,C.和Schulz,V.,在高维非局部扩散中利用多层Toeplitz结构,计算。视觉。科学.20(2019)29-46·Zbl 07704877号
[55] Wang,H.和Tian,H.,一种具有有效矩阵组装和存储的快速Galerkin方法,用于周动力模型,J.Compute。Phys.231(2012)7730-7738·Zbl 1254.74112号
[56] 魏永伟,康永康,尹文英,王永华,分数阶梯度方向梯度法的推广,arXiv:1901.05294v2·Zbl 1456.90163号
[57] Xu,F.,Gunzburger,M.和Burkardt,J.,非局部力学和扩散以及不连续函数近似的多尺度方法,Comp。方法应用。机械。工程307(2016)117-143·Zbl 1436.74076号
[58] Xu,F.,Gunzburger,M.,Burkardt,J.和Du,Q.,基于自适应网格细化的一维非局部周动力模型的多尺度实现,多尺度模型。Simul.14(2016)398-429·Zbl 1381.74214号
此参考列表基于出版商或数字数学图书馆提供的信息。其项与zbMATH标识符进行启发式匹配,可能包含数据转换错误。在某些情况下,zbMATH Open的数据对这些数据进行了补充/增强。这试图尽可能准确地反映原始论文中列出的参考文献,而不要求完整或完全匹配。