In this paper, we propose a novel iterative multiscale framework for solving high-contrast contact problems of Signorini type. The method integrates the constrained energy minimizing generalized multiscale finite element method (CEM-GMsFEM) with a primal-dual active set strategy derived from semismooth Newton methods. First, local spectral problems are employed to construct an auxiliary multiscale space, from which energy minimizing multiscale basis functions are derived on oversampled domains, yielding a contrast-robust reduced-order approximation of the underlying partial differential equation. The multiscale bases are updated iteratively, but only at contact boundary, during the active set evolution process. Rigorous analysis is provided to establish error estimates and finite step convergence of the iterative scheme. Numerical experiments on heterogeneous media with high-contrast coefficients demonstrate that the proposed approach is both robust and efficient in capturing fine-scale features near contact boundaries.


翻译:本文提出了一种新颖的迭代多尺度框架,用于求解Signorini型高对比接触问题。该方法将约束能量最小化广义多尺度有限元法(CEM-GMsFEM)与基于半光滑牛顿法导出的主-对偶主动集策略相结合。首先,通过局部谱问题构建辅助多尺度空间,并基于超采样域推导能量最小化多尺度基函数,从而获得对原偏微分方程的对比度鲁棒降阶近似。在主动集演化过程中,多尺度基函数仅在接触边界处进行迭代更新。本文提供了严格的理论分析,以建立迭代格式的误差估计和有限步收敛性。针对高对比系数异质介质的数值实验表明,所提方法在捕捉接触边界附近细尺度特征方面兼具鲁棒性和高效性。

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