This work proposes four novel hybrid quadrature schemes for the efficient and accurate evaluation of weakly singular boundary integrals (1/r kernel) on arbitrary smooth surfaces. Such integrals appear in boundary element analysis for several partial differential equations including the Stokes equation for viscous flow and the Helmholtz equation for acoustics. The proposed quadrature schemes apply a Duffy transform-based quadrature rule to surface elements containing the singularity and classical Gaussian quadrature to the remaining elements. Two of the four schemes additionally consider a special treatment for elements near to the singularity, where refined Gaussian quadrature and a new moment-fitting quadrature rule are used. The hybrid quadrature schemes are systematically studied on flat B-spline patches and on NURBS spheres considering two different sphere discretizations: An exact single-patch sphere with degenerate control points at the poles and an approximate discretization that consist of six patches with regular elements. The efficiency of the quadrature schemes is further demonstrated in boundary element analysis for Stokes flow, where steady problems with rotating and translating curved objects are investigated in convergence studies for both, mesh and quadrature refinement. Much higher convergence rates are observed for the proposed new schemes in comparison to classical schemes.


翻译:这项工作提议了四种新型混合方程式,用于对任意的光滑表面的微弱单一边界构件(1/r内核)进行有效和准确评价。这些构件出现在若干部分差异方程式的边界要素分析中,包括粘结流的斯托克斯方程式和声学的赫尔姆霍尔茨方程式。拟议的二次方程方案对含有独一和古典高斯方形的表面元件的Duffy变形规则适用于含有独一和古典高斯方形的表面元件,其中两个方案还考虑对接近奇数的元素的特殊处理,即使用精细高斯方形二次方形和新的时装二次方程规则。混合二次方程的组合方程式方案在平坦B-线修补补补和NURBS范围进行系统研究,考虑两个不同的球体分解:精确的单项方块区域,其控制点退化,近似的离差由6个有正常元素的补缺点组成。二次方程式的效益在Stokes流的边界要素分析中进一步展示,在其中,在旋转和转换的二次方形变正轨图图中观察到的曲线的细化图中,对正轨图中,对正轨图中测测测测测测的曲线的曲线图进行了研究。

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