Un método de diferencia finita generalizado en 2.5D para problemas de propagación de ondas elásticas
Autores: Chang, Hao; Wang, Fajie; Yue, Xingxing; Qiu, Lin; Sun, Linlin
Idioma: Inglés
Editor: MDPI
Año: 2025
Acceso abierto
Artículo científico
2025
Un método de diferencia finita generalizado en 2.5D para problemas de propagación de ondas elásticas
Categoría
Matemáticas
Subcategoría
Matemáticas generales
Palabras clave
Análisis de propagación de ondas elásticas
GFDM 2.5D
Simulación numérica
Monitoreo de salud estructural
Análisis de ondas sísmicas
Licencia
CC BY-SA – Atribución – Compartir Igual
Consultas: 19
Citaciones: Sin citaciones
El análisis de la propagación de ondas elásticas es un problema crítico tanto en la ciencia como en la ingeniería, con aplicaciones en el monitoreo de la salud estructural y el análisis de ondas sísmicas. Sin embargo, la simulación numérica eficiente y precisa de estructuras tridimensionales a gran escala ha planteado desafíos significativos a los métodos tradicionales, que a menudo luchan con altos costos computacionales y limitaciones. Este documento presenta un novedoso método de diferencia finita generalizada bidimensional y medio (2.5D GFDM) para la simulación eficiente de la propagación de ondas elásticas en estructuras longitudinalmente invariantes. El esquema propuesto integra GFDM con la tecnología 2.5D, reduciendo problemas 3D a una serie de problemas 2D en el dominio del número de onda a través de transformadas de Fourier. Posteriormente, las soluciones a los problemas originales 3D pueden ser recuperadas realizando transformadas de Fourier inversas en las soluciones obtenidas de los problemas 2D. El 2.5D GFDM evita el desafío inherente de la generación de mallas en métodos tradicionales como el MEF y el MEFV, ofreciendo una solución sin malla para problemas 3D complejos. Al emplear matrices de coeficientes dispersas, ofrece una eficiencia computacional significativamente mejorada. El nuevo enfoque logra ventajas computacionales significativas manteniendo una alta precisión, como se validó a través de tres ejemplos representativos, convirtiéndolo en una herramienta prometedora para resolver problemas de propagación de ondas elásticas a gran escala en estructuras longitudinalmente invariantes.
Descripción
El análisis de la propagación de ondas elásticas es un problema crítico tanto en la ciencia como en la ingeniería, con aplicaciones en el monitoreo de la salud estructural y el análisis de ondas sísmicas. Sin embargo, la simulación numérica eficiente y precisa de estructuras tridimensionales a gran escala ha planteado desafíos significativos a los métodos tradicionales, que a menudo luchan con altos costos computacionales y limitaciones. Este documento presenta un novedoso método de diferencia finita generalizada bidimensional y medio (2.5D GFDM) para la simulación eficiente de la propagación de ondas elásticas en estructuras longitudinalmente invariantes. El esquema propuesto integra GFDM con la tecnología 2.5D, reduciendo problemas 3D a una serie de problemas 2D en el dominio del número de onda a través de transformadas de Fourier. Posteriormente, las soluciones a los problemas originales 3D pueden ser recuperadas realizando transformadas de Fourier inversas en las soluciones obtenidas de los problemas 2D. El 2.5D GFDM evita el desafío inherente de la generación de mallas en métodos tradicionales como el MEF y el MEFV, ofreciendo una solución sin malla para problemas 3D complejos. Al emplear matrices de coeficientes dispersas, ofrece una eficiencia computacional significativamente mejorada. El nuevo enfoque logra ventajas computacionales significativas manteniendo una alta precisión, como se validó a través de tres ejemplos representativos, convirtiéndolo en una herramienta prometedora para resolver problemas de propagación de ondas elásticas a gran escala en estructuras longitudinalmente invariantes.