Fast and high-order accurate algorithms for three dimensional elastic scattering are of great importance when modeling physical phenomena in mechanics, seismic imaging, and many other fields of applied science. In this paper, we develop a novel boundary integral formulation for the three dimensional elastic scattering based on the Helmholtz decomposition of elastic fields, which converts the Navier equation to a coupled system consisted of Helmholtz and Maxwell equations. An FFT-accelerated separation of variables solver is proposed to efficiently invert boundary integral formulations of the coupled system for elastic scattering from axisymmetric rigid bodies. In particular, by combining the regularization properties of the singular boundary integral operators and the FFT-based fast evaluation of modal Green's functions, our numerical solver can rapidly solve the resulting integral equations with a high-order accuracy. Several numerical examples are provided to demonstrate the efficiency and accuracy of the proposed algorithm, including geometries with corners at different wave number.


翻译:在模拟机械、地震成像和其他应用科学领域物理现象时,三维弹性散射的快速和高序精确算法非常重要。在本文中,我们根据弹性场的Helmholtz分解法,为三维弹性散射开发了新型的边界整体配方,将纳维耶方程式转换成由赫尔姆霍尔茨和马克斯韦尔方程式组成的组合系统。提出了FFFFT加速分离变量解析器,以高效地倒转从轴态硬体体散射的组合系统整体配方。特别是,通过将单一边界整体操作器的正规特性与基于FFFFT的模型化格林功能快速评估相结合,我们的数字求解器能够以高顺序精确度快速解析由此产生的整体方程式。提供了几个数字示例,以证明拟议算法的效率和准确性,包括以不同波数角角为角的曲。

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