In this work, a method for the simulation of guided wave propagation in solids defined by implicit surfaces is presented. The method employs structured grids of spectral elements in combination to a fictitious domain approach to represent complex geometrical features through singed distance functions. A novel approach, based on moment fitting, is introduced to restore the diagonal mass matrix property in elements intersected by interfaces, thus enabling the use of explicit time integrators. Since this approach can lead to significantly decreased critical time steps for intersected elements, a "leap-frog" algorithm is employed to locally comply with this condition, thus introducing only a small computational overhead. The resulting method is tested through a series of numerical examples of increasing complexity, where it is shown that it offers increased accuracy compared to other similar approaches. Due to these improvements, components of interest for SHM-related tasks can be effectively discretized, while maintaining a performance comparable or only slightly worse than the standard spectral element method.


翻译:在这项工作中,介绍了一种在隐含表面定义的固体中模拟引导波波传播的方法。该方法采用结构化的光谱元素网格,结合为一种虚构的域法,以通过单形距离函数代表复杂的几何特征。根据时间适当性,采用了一种新颖的方法,以恢复介面交叉的成份的对角质量矩阵属性,从而能够使用明确的时间集成器。由于这种方法可以导致大量减少相互交错元素的关键时间步骤,因此采用了一种“跃式”算法,以便在当地遵守这一条件,从而只引入一个小的计算间接费用。由此得出的方法通过一系列复杂程度不断提高的数字实例进行测试,表明与其他类似方法相比,它具有更高的准确性。由于这些改进,对SHM相关任务感兴趣的组成部分可以有效地分离,同时保持一种可与标准光谱元素方法相近或仅略微差的性能。

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