This study presents a generalized multiscale multimesh finite element method ($\text{M}^2$-FEM) that addresses several long-standing challenges in the numerical simulation of integral structural theories, often used to model multiscale and nonlocal effects. The major challenges in the numerical simulation of integral boundary value problems are primarily rooted in the coupling of the spatial discretization of the global (parent) and integral (child) domains which severely restricts the computational efficiency of existing algorithms by imposing an implicit trade-off in the accuracy achieved by the child domain and in the resources dedicated to the simulation of the overall parent domain. One of the most defining contributions of this study consists in the development of a mesh-decoupling technique that generates isolated sets of meshes such that the parent and child domains can be discretized and approximated independently. This mesh-decoupling has a multi-fold impact on the simulation of integral theories such that, when compared to existing state-of-the-art techniques, the proposed algorithm achieves simultaneously better numerical accuracy and efficiency (hence allowing a greater flexibility in both mesh size and computational cost trade-off decisions), greater ability to adopt generalized integral kernel functions, and the ability to handle non-regular (non-rectangular) domains via unstructured meshing. In this study, we choose a benchmark problem based on an extended version of the Eringen's nonlocal elasticity theory (implicitly, a multiscale theory) that leverages the use of generalized attenuation kernels and non-constant horizons of nonlocality. Nonetheless, the proposed $\text{M}^2$-FEM algorithm is very general and it can be applied to a variety of integral theories, even beyond structural elasticity.


翻译:本研究提出了一种通用的多层多层限制元素法($text{M ⁇ 2$-FEM),它解决了整体结构理论数字模拟中若干长期存在的挑战,通常用于模拟多尺度和非局部效应。整体边界值问题数字模拟中的主要挑战主要源于全球(父)和整体(子)域空间分解的结合,这严重限制了现有算法的计算效率,因为它在儿童域和用于模拟整个父域的资源所实现的精确度方面规定了一种隐性权衡。本研究的最决定性贡献之一是开发了一种超级脱钩技术,这种技术产生孤立的套线组合,使父和子域可以分解和相近。这种混合分解对整体理论的模拟产生了多重影响,因此,与现有最先进的技术相比,拟议的算法可以同时实现更高的数字准确性和效率(因此使得非市值和计算性非直径直径直的离子值的离子法系) 。 在不直径直径直径直径直的理论中,在不直径直径直的理论中,我们整体的直径直径直径直的理论中,一个直径直径直径直径直的算法系的理论能力可以使我一个直系的理论研究更能。

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