The accurate and efficient simulation of Partial Differential Equations (PDEs) in and around arbitrarily defined geometries is critical for many application domains. Immersed boundary methods (IBMs) alleviate the usually laborious and time-consuming process of creating body-fitted meshes around complex geometry models (described by CAD or other representations, e.g., STL, point clouds), especially when high levels of mesh adaptivity are required. In this work, we advance the field of IBM in the context of the recently developed Shifted Boundary Method (SBM). In the SBM, the location where boundary conditions are enforced is shifted from the actual boundary of the immersed object to a nearby surrogate boundary, and boundary conditions are corrected utilizing Taylor expansions. This approach allows choosing surrogate boundaries that conform to a Cartesian mesh without losing accuracy or stability. Our contributions in this work are as follows: (a) we show that the SBM numerical error can be greatly reduced by an optimal choice of the surrogate boundary, (b) we mathematically prove the optimal convergence of the SBM for this optimal choice of the surrogate boundary, (c) we deploy the SBM on massively parallel octree meshes, including algorithmic advances to handle incomplete octrees, and (d) we showcase the applicability of these approaches with a wide variety of simulations involving complex shapes, sharp corners, and different topologies. Specific emphasis is given to Poisson's equation and the linear elasticity equations.


翻译:偏微分方程(PDE)在任意定义几何体内外的高精度高效模拟对许多应用领域至关重要。沉浸边界法(IBMs)可避免在复杂几何模型(由CAD或其他表示形式如STL、点云描述)周围生成贴体网格时通常繁琐且耗时的过程,尤其当需要高水平的网格自适应性时。本研究在近期发展的移位边界方法(SBM)框架下推进了沉浸边界法的领域。在SBM中,边界条件的施加位置从沉浸物体的实际边界偏移至附近的替代边界,并通过泰勒展开对边界条件进行修正。这一方法允许选择与笛卡尔网格一致的替代边界,同时不失精度或稳定性。本研究的主要贡献包括:(a)证明通过最优替代边界选择可显著降低SBM的数值误差;(b)数学证明在最优替代边界选择下SBM具有最优收敛性;(c)在超大规模并行八叉树网格上部署SBM,包括处理不完整八叉树的算法改进;(d)通过涉及复杂形状、尖锐转角及不同拓扑结构的多种仿真展示这些方法的适用性。重点聚焦于泊松方程和线弹性方程。

0
下载
关闭预览

相关内容

Linux导论,Introduction to Linux,96页ppt
专知会员服务
82+阅读 · 2020年7月26日
FlowQA: Grasping Flow in History for Conversational Machine Comprehension
专知会员服务
34+阅读 · 2019年10月18日
Stabilizing Transformers for Reinforcement Learning
专知会员服务
60+阅读 · 2019年10月17日
《DeepGCNs: Making GCNs Go as Deep as CNNs》
专知会员服务
32+阅读 · 2019年10月17日
Keras François Chollet 《Deep Learning with Python 》, 386页pdf
专知会员服务
164+阅读 · 2019年10月12日
【SIGGRAPH2019】TensorFlow 2.0深度学习计算机图形学应用
专知会员服务
41+阅读 · 2019年10月9日
Hierarchically Structured Meta-learning
CreateAMind
27+阅读 · 2019年5月22日
Transferring Knowledge across Learning Processes
CreateAMind
29+阅读 · 2019年5月18日
强化学习的Unsupervised Meta-Learning
CreateAMind
18+阅读 · 2019年1月7日
Unsupervised Learning via Meta-Learning
CreateAMind
44+阅读 · 2019年1月3日
A Technical Overview of AI & ML in 2018 & Trends for 2019
待字闺中
18+阅读 · 2018年12月24日
disentangled-representation-papers
CreateAMind
26+阅读 · 2018年9月12日
STRCF for Visual Object Tracking
统计学习与视觉计算组
15+阅读 · 2018年5月29日
Focal Loss for Dense Object Detection
统计学习与视觉计算组
12+阅读 · 2018年3月15日
IJCAI | Cascade Dynamics Modeling with Attention-based RNN
KingsGarden
13+阅读 · 2017年7月16日
From Softmax to Sparsemax-ICML16(1)
KingsGarden
74+阅读 · 2016年11月26日
国家自然科学基金
13+阅读 · 2017年12月31日
国家自然科学基金
2+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
3+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
2+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
2+阅读 · 2014年12月31日
VIP会员
最新内容
超越网格:作战环境对炮兵的影响
专知会员服务
1+阅读 · 今天15:35
KDD 2026 | MixRAGRec:面向LLM推荐的混合专家KG-RAG框架
BES:让语言模型通过双向进化搜索自我改进
专知会员服务
4+阅读 · 5月30日
以色列-美国-伊朗战争中的无人机:关键要点
专知会员服务
4+阅读 · 5月30日
《Palantir任务保障性软件安全标准(MA-S2)》
专知会员服务
14+阅读 · 5月30日
基于声学的无人机检测技术综述
专知会员服务
8+阅读 · 5月30日
《当代混合战争分析框架:俄乌战争经验教训》
相关资讯
Hierarchically Structured Meta-learning
CreateAMind
27+阅读 · 2019年5月22日
Transferring Knowledge across Learning Processes
CreateAMind
29+阅读 · 2019年5月18日
强化学习的Unsupervised Meta-Learning
CreateAMind
18+阅读 · 2019年1月7日
Unsupervised Learning via Meta-Learning
CreateAMind
44+阅读 · 2019年1月3日
A Technical Overview of AI & ML in 2018 & Trends for 2019
待字闺中
18+阅读 · 2018年12月24日
disentangled-representation-papers
CreateAMind
26+阅读 · 2018年9月12日
STRCF for Visual Object Tracking
统计学习与视觉计算组
15+阅读 · 2018年5月29日
Focal Loss for Dense Object Detection
统计学习与视觉计算组
12+阅读 · 2018年3月15日
IJCAI | Cascade Dynamics Modeling with Attention-based RNN
KingsGarden
13+阅读 · 2017年7月16日
From Softmax to Sparsemax-ICML16(1)
KingsGarden
74+阅读 · 2016年11月26日
相关基金
国家自然科学基金
13+阅读 · 2017年12月31日
国家自然科学基金
2+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
3+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
2+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
2+阅读 · 2014年12月31日
Top
微信扫码咨询专知VIP会员