In this paper, we develop and study approximately smooth basis constructions for isogeometric analysis over two-patch domains. One key element of isogeometric analysis is that it allows high order smoothness within one patch. However, for representing complex geometries, a multi-patch construction is needed. In this case, a $C^0$-smooth basis is easy to obtain, whereas $C^1$-smooth isogeometric functions require a special construction. Such spaces are of interest when solving numerically fourth-order PDE problems, such as the biharmonic equation and the Kirchhoff-Love plate or shell formulation, using an isogeometric Galerkin method. With the construction of so-called analysis-suitable $G^1$ (in short, AS-$G^1$) parametrizations, as introduced in (Collin, Sangalli, Takacs; CAGD, 2016), it is possible to construct $C^1$ isogeometric spaces which possess optimal approximation properties. These geometries need to satisfy certain constraints along the interfaces and additionally require that the regularity $r$ and degree $p$ of the underlying spline space satisfy $1 \leq r \leq p-2$. The problem is that most complex geometries are not AS-$G^1$ geometries. Therefore, we define basis functions for isogeometric spaces by enforcing approximate $C^1$ conditions following the basis construction from (Kapl, Sangalli, Takacs; CAGD, 2017). For this reason, the defined function spaces are not exactly $C^1$ but only approximately. We study the convergence behavior and define function spaces that converge optimally under $h$-refinement, by locally introducing functions of higher polynomial degree and lower regularity. The convergence rate is optimal in several numerical tests performed on domains with non-trivial interfaces. While an extension to more general multi-patch domains is possible, we restrict ourselves to the two-patch case and focus on the construction over a single interface.


翻译:在本文中, 我们开发并研究大约平滑的基础建筑, 用于对两个端域进行等离子度分析。 等离子度分析的一个关键要素是, 它允许在一个补丁内实现高顺序平稳。 但是, 代表复杂的几何, 需要多批量构建。 在此情况下, 很容易获得 $C1 $- smooth 参数基础, 而 $C1$- smooth 等值功能需要特殊构建。 当解决四级间距间距间距间距间距间距分析时, 这些空间很有意义, 比如双相近方程和Kirchhoff 餐盘或贝壳配方, 使用等离子色度仪法方法。 然而, 以所谓的分析- $G1, (短, $G1美元) 多位值基距间距间距值建模基础, 只需要常规( Collin, Sanalli, Takacs 可能, CAGD, 2016) 以平面度平面度平面度平整数的平面空间平面度空间度空间平面度空间值空间值空间空间空间空间空间, 需要满足某些条件,, 而不是美元基础, 。 平面平面平面平基, 需要定期平基质平基, 。

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