In this paper, a fully aggregation-based algebraic multigrid strategy is developed for nonlinear contact problems of saddle point type using a mortar finite element approach. While the idea of extending multigrid methods to saddle point systems can already be found, e.g., in the context of Stokes and Oseen equations in literature, the main contributions of this work are (i) the development and open-source implementation of an interface aggregation strategy specifically suited for generating Lagrange multiplier aggregates that are required for coupling structural equilibrium equations with contact constraints and (ii) a review of saddle point smoothers in the context of constrained interface problems. The new interface aggregation strategy perfectly fits into an aggregation-based multigrid framework and can easily be combined with segregated transfer operators, which allow to preserve the saddle point structure on the coarse levels. Further analysis provides insight into saddle point smoothers applied to contact problems, while numerical experiments illustrate the robustness of the new method. We have implemented the proposed algorithm within the MueLu package of the open-source Trilinos project. Numerical examples demonstrate the robustness of the proposed method in complex dynamic contact problems as well as its scalability up to 23.9 million unknowns on 480 MPI ranks.


翻译:本文为使用迫击炮限定元素法的非线性接触马鞍点型非线性接触问题制定了完全基于聚合的代数变数多格格战略。虽然在文献中的斯托克斯和奥西恩等式中已经发现将多格格方法扩大到马鞍点系统的构想,但这项工作的主要贡献是:(一) 开发和开放源地实施一个特别适合生成有接触限制的拉格兰形结构平衡方程式所需的带接触限制的拉格兰形乘数综合组合战略;(二) 在受限制的接口问题情况下审查马鞍点滑动器。新的界面组合战略完全适合基于聚合的多格罗格框架,并且很容易与隔离的转移操作器相结合,从而能够将马鞍点结构保持在粗略水平上。进一步的分析使人们深入了解用于接触问题的马鞍点平滑器,同时进行数字实验说明新方法的稳健性。我们已经在开放源Trilinos项目的MueLu组合中应用了拟议的算法。数字示例表明,拟议的方法在复杂动态接触问题23.9至380级别上是未知的。

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