Solutions of partial differential equations can often be written as surface integrals having a kernel related to a singular fundamental solution. Special methods are needed to evaluate the integral accurately at points on or near the surface. Here we derive formulas to regularize the integrals with high accuracy, using analysis from Beale and Tlupova (Adv. Comput. Math., 2024), so that a standard quadrature can be used without special care near the singularity. We treat single or double layer integrals for harmonic functions or for Stokes flow. The nearly singular case, evaluation at points close to the surface, can be needed when surfaces are close to each other, or to find values at grid points near a surface. We derive formulas for regularized kernels with error $O(\delta^p)$ where $\delta$ is the smoothing radius and $p = 3$, $5$, $7$. With spacing $h$ in the quadrature, we choose $\delta = \kappa h^q$ with $q<1$ so that the discretization error is controlled as $h \to 0$. We see the predicted order of convergence $O(h^{pq})$ in various examples. Values at all grid points can be obtained from those near the surface in an efficient manner suggested in A. Mayo (SIAM J. Statist. Comput., 1985). With this technique we obtain high order accurate grid values for a harmonic function determined by interfacial conditions and for the pressure and velocity in Stokes flow around a translating spheroid.


翻译:偏微分方程的解常可表示为具有奇异基本解相关核的面积分。在曲面上或曲面附近精确计算该积分需要特殊方法。本文基于Beale与Tlupova(Adv. Comput. Math., 2024)的分析推导出高精度正则化积分公式,使得标准数值积分方法在奇点附近无需特殊处理即可使用。我们处理调和函数或斯托克斯流中的单层或双层积分。当曲面相互靠近时,或需要计算曲面附近网格点上的数值时,近奇异情形(在接近曲面的点处求值)可能成为必要。我们推导出正则化核的误差为$O(\delta^p)$的公式,其中$\delta$为平滑半径,$p = 3$, $5$, $7$。在数值积分中取步长$h$,我们选择$\delta = \kappa h^q$($q<1$),使得离散化误差在$h \to 0$时受控。我们在多个算例中观察到预期的收敛阶数$O(h^{pq})$。所有网格点上的数值可通过A. Mayo(SIAM J. Statist. Comput., 1985)提出的高效方法,由曲面附近的数值获得。利用该技术,我们获得了由界面条件确定的调和函数,以及平移椭球体周围斯托克斯流中压力与速度的高阶精确网格值。

0
下载
关闭预览

相关内容

Surface 是微软公司( Microsoft)旗下一系列使用 Windows 10(早期为 Windows 8.X)操作系统的电脑产品,目前有 Surface、Surface Pro 和 Surface Book 三个系列。 2012 年 6 月 18 日,初代 Surface Pro/RT 由时任微软 CEO 史蒂夫·鲍尔默发布于在洛杉矶举行的记者会,2012 年 10 月 26 日上市销售。
【ACL2020】多模态信息抽取,365页ppt
专知会员服务
151+阅读 · 2020年7月6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
Unsupervised Learning via Meta-Learning
CreateAMind
44+阅读 · 2019年1月3日
meta learning 17年:MAML SNAIL
CreateAMind
11+阅读 · 2019年1月2日
disentangled-representation-papers
CreateAMind
26+阅读 · 2018年9月12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
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
1+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
Arxiv
18+阅读 · 2021年3月16日
Recent advances in deep learning theory
Arxiv
50+阅读 · 2020年12月20日
A survey on deep hashing for image retrieval
Arxiv
15+阅读 · 2020年6月10日
VIP会员
相关资讯
Unsupervised Learning via Meta-Learning
CreateAMind
44+阅读 · 2019年1月3日
meta learning 17年:MAML SNAIL
CreateAMind
11+阅读 · 2019年1月2日
disentangled-representation-papers
CreateAMind
26+阅读 · 2018年9月12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
相关论文
相关基金
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
1+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
Top
微信扫码咨询专知VIP会员