Método generalizado de elementos finitos multiescala para la propagación de ondas elásticas en el dominio de la frecuencia
Autores: Gavrilieva, Uygulana; Vasilyeva, Maria; Chung, Eric T.
Idioma: Inglés
Editor: MDPI
Año: 2020
Acceso abierto
Artículo científico
2020
Método generalizado de elementos finitos multiescala para la propagación de ondas elásticas en el dominio de la frecuencia
Categoría
Ingeniería y Tecnología
Subcategoría
Ingeniería de Sistemas
Palabras clave
Propagación de ondas
Interfaces de fractura
Método de elementos finitos
Métodos multiescala
Ecuación de Helmholtz
Solución numérica
Licencia
CC BY-SA – Atribución – Compartir Igual
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Citaciones: Sin citaciones
En este trabajo, consideramos la propagación de ondas elásticas en medios fracturados. El modelo matemático está descrito por el problema de Helmholtz relacionado con la propagación de ondas con condiciones de interfaz específicas (Modelo de Deslizamiento Lineal, LSM) en la frecuencia del dominio. Para la solución numérica, construimos una rejilla fina que resuelve todas las interfaces de fractura en el nivel de la rejilla y construimos una aproximación utilizando un método de elementos finitos. Utilizamos un método de Galerkin discontinuo para la aproximación por espacio que ayuda a imponer débilmente condiciones de interfaz en fracturas. Dicha aproximación conduce a un sistema grande de ecuaciones y es computacionalmente costosa. En este trabajo, construimos una aproximación de rejilla gruesa para una solución efectiva utilizando el Método de Elementos Finitos Multiescala Generalizado (GMsFEM). Construimos y comparamos dos tipos de métodos multiescala: Método de Elementos Finitos Multiescala Generalizado de Galerkin Continuo (CG-GMsFEM) y Método de Elementos Finitos Multiescala Generalizado de Galerkin Discontinuo (DG-GMsFEM). Las funciones de base multiescala se construyen resolviendo problemas espectrales locales en cada dominio local para extraer modos dominantes de la solución local. En CG-GMsFEM, construimos funciones de base multiescala continuas que están definidas en los dominios locales asociados con el nodo de la rejilla gruesa y contienen cuatro celdas de rejilla gruesa para la rejilla gruesa cuadrática estructurada. Las funciones de base multiescala en DG-GMsFEM son discontinuas y están definidas en cada celda de rejilla gruesa. Se presentan los resultados de la solución numérica para la ecuación de Helmholtz bidimensional para CG-GMsFEM y DG-GMsFEM para diferentes números de funciones de base multiescala.
Descripción
En este trabajo, consideramos la propagación de ondas elásticas en medios fracturados. El modelo matemático está descrito por el problema de Helmholtz relacionado con la propagación de ondas con condiciones de interfaz específicas (Modelo de Deslizamiento Lineal, LSM) en la frecuencia del dominio. Para la solución numérica, construimos una rejilla fina que resuelve todas las interfaces de fractura en el nivel de la rejilla y construimos una aproximación utilizando un método de elementos finitos. Utilizamos un método de Galerkin discontinuo para la aproximación por espacio que ayuda a imponer débilmente condiciones de interfaz en fracturas. Dicha aproximación conduce a un sistema grande de ecuaciones y es computacionalmente costosa. En este trabajo, construimos una aproximación de rejilla gruesa para una solución efectiva utilizando el Método de Elementos Finitos Multiescala Generalizado (GMsFEM). Construimos y comparamos dos tipos de métodos multiescala: Método de Elementos Finitos Multiescala Generalizado de Galerkin Continuo (CG-GMsFEM) y Método de Elementos Finitos Multiescala Generalizado de Galerkin Discontinuo (DG-GMsFEM). Las funciones de base multiescala se construyen resolviendo problemas espectrales locales en cada dominio local para extraer modos dominantes de la solución local. En CG-GMsFEM, construimos funciones de base multiescala continuas que están definidas en los dominios locales asociados con el nodo de la rejilla gruesa y contienen cuatro celdas de rejilla gruesa para la rejilla gruesa cuadrática estructurada. Las funciones de base multiescala en DG-GMsFEM son discontinuas y están definidas en cada celda de rejilla gruesa. Se presentan los resultados de la solución numérica para la ecuación de Helmholtz bidimensional para CG-GMsFEM y DG-GMsFEM para diferentes números de funciones de base multiescala.