[Текст] : статья / А. Д. Матвеев // Вестник Красноярского государственного аграрного университета. - 2018. -
№ 2. - С. 90-103
. - ISSN 1819-4036
Перевод заглавия: Multigrid finite element method
Аннотация: Для решения ряда важных физических крае-вых задач (решения уравнений которых эквива-лентны нахождению минимума соответствую-щие функционалов) предлагается метод много-сеточных конечных элементов (ММКЭ), кото-рый реализуется на основе соотношений и ал-горитмов метода конечных элементов (МКЭ) в форме метода Ритца с применением многосе-точных конечных элементов (МнКЭ). При по-строении n-сеточного конечного элемента (КЭ) используем n вложенных сеток. Мелкая сетка порождена базовым разбиением тела, которое учитывает его сложную форму и физические особенности краевой задачи (например, неодно-родную структуру упругого тела). Остальные сетки применяем для понижения размер-ности МнКЭ (причем с увеличением n размер-ность МнКЭ уменьшается). Суть МнКЭ заклю-чается в следующем. На базовом разбиении n-сеточного КЭ, которое состоит из из-вестных односеточных КЭ, определяем функ-ционал краевой задачи как функцию многих переменных, которыми являются значения ис-комой функции в узлах мелкой сетки. На ос-тальных n-1 сетках строим аппроксимирующие функции, которые используем для понижения размерности функции, что позволяет про-ектировать МнКЭ малой размерности. Проек-тирование n-сеточного КЭ проводится по еди-ной матричной процедуре. Основные отличия ММКЭ от МКЭ состоят в следующем. Во-первых, в ММКЭ можно применять сколь угодно мелкие базовые разбиения тел, что позволяет сколь угодно точно учитывать их сложную форму, неоднородную и микронеоднородную структуру упругих тел (без увеличения размер-ностей многосеточных дискретных моделей). В МКЭ невозможно использовать сколь угодно мелкие разбиения тел, так как ресурсы ЭВМ ог-раничены, т.е. ММКЭ более эффективный, чем МКЭ. Во-вторых, реализация ММКЭ на основе базовых моделей тел требует меньше памяти ЭВМ и временных затрат, чем реализация МКЭ для базовых моделей, т.е. ММКЭ более эконо-мичный, чем МКЭ. В-третьих, в ММКЭ применя-ем упругие однородные и неоднородные МнКЭ, при построении которых используем системы вложенных сеток, что расширяет область при-менения ММКЭ. В МКЭ применяют однородные односеточные КЭ. Поэтому можно считать, что ММКЭ есть обобщение МКЭ, т.е. МКЭ - ча-стный случай ММКЭ. Изложены процедуры по-строения МнКЭ различной формы. Предложена верхняя оценка погрешностей приближенных решений.
To solve a number of important physical boundary value problems (which solutions of the equations be-ing equivalent to finding the minimum of correspond-ing functional) the
multigrid finite element method (MFEM) which is realized on the basis of ratios and algorithms of the method of final elements (MFE) in the form of Ritz method with application of
multigrid final elements (MFEM) was proposed. To construct a -grid finite element (FE), the -nested grids were used. A finite grid is generated by basic body partition taking into account its irregular shape and physical features of the boundary value problem (e.g. the in-homogeneous structure of elastic body). Other grids were used to reduce MFE dimension, and with increasing MFE dimension decreases. The essence of MFE is as follows: at a basic partition of grid FE, consisting of known single-grid FE, the functional of boundary value problem was determined as a function of many variables, being the values of the required function at the nodes of a fine grid. On the n n 1n 2n F other grids some approximating functions were used for the decrease of the dimension of func-tion, allowing one to develop small dimensional MFE. The developing -grid FE is carried out according to a single matrix procedure There are some essential differences between MFEM and FEM. First, in regard to MFEM, some arbitrarily fine base body partitions can be applied, which makes it possible to take into account their irregular shape heterogeneous and microheterogeneous structure (without increasing the dimensions of the
multigrid discrete models). As to FEM, it is impossible to use any arbitrarily fine parti-tions of the bodies, as the computer resources are limited, i.e. MFEM is more efficient than FEM. Sec-ondly, the implementation of MFEM based on the essential models of bodies takes less computer memory and span time than that of FEM for essential models, i.e. MFEM is more time and memory-saving than FEM. Thirdly, in MFEM some elastic homoge-neous and inhomogeneous MFE are applied, using the nested grids to construct, significantly expanding the scope of MFEM. Therefore, MFEM can be as-sumed to be a generalization of FEM, i.e. FEM is a special case of MFEM. The procedures of developing MFE of various shapes were presented. The top as-sessment of errors of approximate decisions is of-fered.
РИНЦ Держатели документа: Институт вычислительного моделирования СО РАН
Доп.точки доступа: Матвеев, А.Д.; Matveev A.D.
