There is, I think, something ethereal about i —the square root of minus one. I remember first hearing about it at school. It seemed an odd beast at that time—an intruder hovering on the edge of reality.

Usually familiarity dulls this sense of the bizarre, but in the case of i it was the reverse: over the years the sense of its surreal nature intensified. It seemed that it was impossible to write mathematics that described the real world in …

I and i

Numerical Initial Value Problems in Ordinary Differential Equations

Computer Methods in Applied Mechanics and Engineering

https://orbilu.uni.lu/bitstream/10993/14191/2/iga_final.pdf

Isogeometric analysis: an overview and computer implementation aspects

Gegenstand des Buches ist die Dual Weighted Residual method (DWR), ein sehr effizientes numerisches Verfahren zur Behandlung einer großen Klasse von variationell formulierten Differentialgleichungen. Das numerische Verfahren ist adaptiv, d.h. es konstruiert eigenständig eine Folge von Approximationen für eine gegebene Fragestellung. Typische Fragestellungen sind die Bestimmung gewichteter Mittelwerte der Lösung oder ihrer Ableitungen, die Bestimmung von Randintegralen über Lösungskomponenten (relevant z.B. für die Berechnung von strömungsmechanischen Kenngrößen) oder die Bestimmung von Spannungsintensitätsfaktoren (z.B. in der Bruchmechanik). Das Verfahren basiert auf Projektionsmethoden wie z.B. der Finiten Elemente Methode (FEM). Dort wird die Approximationsgüte durch die Wahl der Gitter gesteuert. Der Kern jeder adaptiven FEM ist deshalb die Art, wie die Gitter gewählt werden. Typischerweise geschieht dies in einer adaptiven Schleife, in der in mehreren Durchgängen schrittweise das Gitter verbessert wird, bis eine gewünschte Genauigkeit erreicht ist. Bei der DWR wird in jedem Schleifendurchgang ein lineares Hilfsproblem—das sog. duale Problem, welches von der vorliegenden Fragestellung abhängt—(näherungsweise) gelöst. Weiterhin wird eine Approximation der Differentialgleichung bestimmt. Aus diesen nun vorliegenden Daten wird dann herausdestilliert, wo das Gitter verfeinert werden sollte bzw. vergröbert werden kann, um eine genauere Lösung zu erhalten. Ziel eines adaptiven Algorithmus ist, das gewünschte Ergebnis möglichst effizient zu bestimmen, d.h. mit möglichst geringem Bedarf an Resourcen (Rechenzeit, Speicherbedarf etc.). Mit zahlreichen Beispielen belegt das Buch, daß die DWR dieses Ziel erreicht. Es sei hier besonders hervorgehoben, daß eine Kosten-Nutzen-Betrachtung für die DWR besonders bei nichtlinearen Problemen günstig ausfällt, da die Kosten für die Lösung des linearen Hilfsproblems vergleichbar mit denen eines Newtonschrittes sind und somit nur einen kleinen Teil der Gesamtkosten ausmachen. Das Buch gibt einen sehr guten Überblick über die Technik und die Möglichkeiten der DWR. In einleitenden Kapiteln wird die DWR an gewöhnlichen Differentialgleichungen und dann an einfachen linearen, elliptischen partiellen Differentialgleichungen sehr klar und verständlich vorgeführt. Anschließend wird die DWR in einem abstrakten funktionalanalytischen Rahmen vorgestellt. Der Rest des Buches illustriert auf eindrucksvolle Weise die Leistungsfähigkeit und Breite der Anwendungsfähigkeit des Konzeptes an Hand von Fallbeispielen: Es werden Eigenwertprobleme, Optimierungsaufgaben mit Zwangsbedingungen, die durch eine partielle Differentialgleichung gegeben sind, Strukturmechanikprobleme (lineare Elastizität, Plastizität), Strömungsmechanik (hydrodynamische Stabilitätsanalyse, Berechnung von Strömungskennwerten) behandelt. Auch zeitabhängige Probleme wie die Lösung der Wellengleichung werden mit der DWR erfolgreich bearbeitet. Insgesamt wird klar ersichtlich, daß die DWR eine sehr flexible und vielseitig anwendbare Technik ist. Die ausgewählten numerischen Beispiele, die vor allem aus umfangreichen numerischen Untersuchungen der Gruppe von Rolf Rannacher aus den letzten 10 Jahren ausgewählt wurden, sind sehr illustrativ. Die Erläuterungen zu den Beispielen sind auch deshalb interessant, weil eine Menge zusätzlicher Informationen über die numerische Behandlung des vorliegenden Problems quasi nebenbei einfließen. Das Buch entstand aus einer fortgeschrittenen Spezialvorlesung, die an der ETH Zürich gehalten wurde. Einen Lehrbuchcharakter erhält das Buch dadurch, daß Übungsaufgaben (mit detailierten Lösungen im Anhang) jedes Kapitel abschließen. Die Aufgaben enthal-

Adaptive finite element methods for differential equations.

The development of NURBS-Enhanced Finite Element Method (NEFEM) is revisited. This technique allows a seamless integration of the CAD boundary representation of the domain and the finite element method (FEM). The importance of the geometrical model in finite element simulations is addressed and the benefits and potential of NEFEM are discussed and compared with respect to other curved finite element techniques.

/pdf/nurbs-enhanced-finite-element-method-nefem-2th72lww57.pdf

NURBS-enhanced finite element method (NEFEM)

/pdf/nurbs-enhanced-finite-element-method-nefem-3clpgbcuts.pdf

NURBS-Enhanced Finite Element Method (NEFEM)

A procedure for generating curved meshes, suitable for high-order finite element analysis, is described. The strategy adopted is based upon curving a generated initial mesh with planar edges and faces by using a linear elasticity analogy. The analogy employs boundary loads that ensure that nodes representing curved boundaries lie on the true surface. Several examples, in both two and three dimensions, illustrate the performance of the proposed approach, with the quality of the generated meshes being analysed in terms of a distortion measure. The examples chosen involve geometries of particular interest to the computational fluid dynamics community, including anisotropic meshes for complex three dimensional configurations.

/pdf/the-generation-of-arbitrary-order-curved-meshes-for-3d-8p90u2ikjb.pdf

The generation of arbitrary order curved meshes for 3D finite element analysis

Several finite element techniques used in domains with curved boundaries are discussed and compared, with particular emphasis in two issues: the exact boundary representation of the domain and the consistency of the approximation. The influence of the number of integration points on the accuracy of the computation
is also studied. Two-dimensional numerical examples, solved with continuous and discontinuous Galerkin formulations, are used to test and compare all these methodologies. In every example shown, the recently proposed NURBS-enhanced finite element method (NEFEM) provides the maximum accuracy for a given spatial discretization, at least one order of magnitude more accurate than classical isoparametric
finite element method (FEM). Moreover, NEFEM outperforms Cartesian FEM and p-FEM, stressing the importance of the geometrical model as well as the relevance of a consistent approximation in finite element simulations.

/pdf/comparison-of-high-order-curved-finite-elements-4xtjv9o9vz.pdf

Comparison of high-order curved finite elements

/pdf/3d-nurbs-enhanced-finite-element-method-nefem-3d-nurbs-12iw3pvpi4.pdf

Ruben Sevilla

Papers

NURBS-enhanced finite element method (NEFEM)

NURBS-Enhanced Finite Element Method (NEFEM)

The generation of arbitrary order curved meshes for 3D finite element analysis

Comparison of high-order curved finite elements

3D NURBS-enhanced finite element method (NEFEM): 3D NURBS-ENHANCED FINITE ELEMENT METHOD