Loading...
 

Dwuwymiarowy element skończony

Definicja 1: Dwuwymiarowy referencyjny element skończony


Dwuwymiarowym referencyjnym elementem skończonym nazywamy trójkę

\( \left( \hat{K}, X\left(\hat{K}\right), \Pi_p \right) \)
zdefiniowaną za pomocą następujących czterech kroków

  1. Geometria: \( \hat{K}=[0,1]^2 \subset {\cal R}^2 \)
  2. Wybór węzłów: \( \hat{a}_1, \hat{a}_2, \hat{a}_3, \hat{a}_4, \) węzły związane z wierzchołkami elementu (0,0), (1,0), (1,1) i (0,1), \( \hat{a}_5, \hat{a}_6, \hat{a}_7, \hat{a}_8 \) węzły związane z krawędziami elementu, oraz \( \hat{a}_9 \) węzeł związany z wnętrzem elementu.
  3. Definicja funkcji kształtu elementu \( X \left( \hat{K}\right)=span \{ \hat{\phi}_j(\xi_1,\xi_2) \in {\cal Q}^{(p_h,p_v)}\left(\hat{K}\right),j=1,...,(p_h+1)(p_v+1) \} \) gdzie \( {\cal Q}^{(p_h,p_v)}\left(\hat{K}\right) \) to wielomiany stopnia \( p_h \) względem zmiennej \( \xi_1 \) oraz stopnia \( p_v \) względem zmiennej \( \xi_2 \), określone na \( \hat{K}=[0,1]^2 \). Dla funkcji kształtu skojarzonych z węzłami krawędziowymi elementów, wprowadzamy stopnie wielomianów \( p_1,p_3\leq p_h; p_2,p_4 \leq p_v \). Definiujemy wierzchołkowe funkcje kształtu \( \hat{\phi}_1(\xi_1,\xi_2)=\hat{\chi}_1(\xi_1)\hat{\chi}_1(\xi_2) \), \( \hat{\phi}_2(\xi_1,\xi_2)=\hat{\chi}_2(\xi_1)\hat{\chi}_1(\xi_2) \), \( \hat{\phi}_3(\xi_1,\xi_2)=\hat{\chi}_2(\xi_1)\hat{\chi}_2(\xi_2) \), \( \hat{\phi}_4(\xi_1,\xi_2)=\hat{\chi}_1(\xi_1)\hat{\chi}_2(\xi_2) \), następnie definiujemy krawędziowe funkcje kształtu, \( \hat{\phi}_{5,j}(\xi_1,\xi_2)=\hat{\chi}_{2+j}(\xi_1)\hat{\chi}_1(\xi_2), j=1,...,p_1-1 \), \( \hat{\phi}_{6,j}(\xi_1,\xi_2)=\hat{\chi}_2(\xi_1)\hat{\chi}_{2+j}(\xi_2), j=1,...,p_2-1 \), \( \hat{\phi}_{7,j}(\xi_1,\xi_2)=\hat{\chi}_{2+j}(\xi_1)\hat{\chi}_2(\xi_2), j=1,...,p_3-1 \), \( \hat{\phi}_{8,j}(\xi_1,\xi_2)=\hat{\chi}_1(\xi_1)\hat{\chi}_{2+j}(\xi_2), j=1,...,p_4-1 \), dodatkowo definiujemy funkcje kształtu związaną z wnętrzem elementu \( \hat{\phi}_{9,i,j}(\xi_1,\xi_2)=\hat{\chi}_{2+i}(\xi_1)\hat{\chi}_{2+j}(\xi_2), i=1,...,p_h-1;j=1,...,p_v-1 \).
  4. Definicja operatora interpolacji bazującego na operatorze projekcji \( \Pi_p:H^1\left( \hat{K} \right) \rightarrow X\left( \hat{K}\right) \). Dla danej funkcji \( u \in H^1\left(\hat{K} \right) \), jej interpolant bazujący na projekcji to \( \Pi_pu\in X\left( \hat{K}\right) \) jest zdefiniowany poprzez następujące warunki:

\( \Pi_p u(0,0)=u(0,0) \)
\( \Pi_p u(1,0)=u(1,0) \)
\( \Pi_p u(0,1)=u(0,1) \)
\( \Pi_p u(1,1)=u(1,1) \)
\( \| \Pi_p u -u \|_{H^1_0(\hat{K})}\rightarrow min \)
gdzie \( \| \Pi_p u -u \|_{H^1_0(\hat{K})} = \int_{\hat{K}} \left( \left( \Pi_p u \right)' -u' \right)^2 d\xi_1d\xi_2 \) to norma w przestrzeni Sobolewa \( H^1_0(\hat{K}) \).

Dwuwymiarowy referencyjny element skończony
Rysunek 1: Dwuwymiarowy referencyjny element skończony


Definicja 2: Dwuwymiarowy element skończony


Dwuwymiarowym elementem skończonym nazywamy czwórkę

\( \left( K, X\left(K\right), \Pi_p \right) \)
zdefiniowaną za pomocą następujących czterech kroków

  1. Geometria: \( K \subset {\cal R}^2 \)
  2. Wybór węzłów: \( a_1, a_2, a_3, a_4, \) węzły związane z wierzchołkami elementu, \( a_5, a_6, a_7, a_8 \) węzły związane z krawędziami elementu, oraz \( a_9 \) węzeł związany z wnętrzem elementu.
  3. Definicja funkcji kształtu elementu \( X \left( K\right)=\{ \phi(x_1,x_2) = \hat{\phi} \cdot x_K^{-1}(x_1,x_2), \hat{\phi} \in X\left(\hat{K}\right) \} \) gdzie \( x_K:\hat{K} \rightarrow K \) to odwzorowanie z elementu wzrocowego \( \hat{K}=[0,1]^2 \) na element \( K\subset {\cal R}^2 \) dane \( \hat{K} \ni (\xi_1,\xi_2) \rightarrow x_K\left(\xi_1,\xi_2 \right)=(x_1,x_2)\in K \)
  4. Definicja operatora interpolacji bazującego na operatorze projekcji \( \Pi_p:H^1\left( K \right) \rightarrow X\left( K \right) \). Dla danej funkcji \( u \in H^1\left(K \right) \), jej interpolant bazujący na projekcji to \( \Pi_pu\in X\left( K\right) \) jest zdefiniowany poprzez następujące warunki:

\( \Pi_p u(a_1)=u(a_1) \)
\( \Pi_p u(a_2)=u(a_2) \)
\( \Pi_p u(a_3)=u(a_3) \)
\( \Pi_p u(a_4)=u(a_4) \)
\( \| \Pi_p u -u \|_{H^1_0(K)}\rightarrow min \)
gdzie \( \| \Pi_p u -u \|_{H^1_0(K)} = \int_{K} \left( \left( \Pi_p u \right)' -u' \right)^2 dx_1dx_2 \) to norma w przestrzeni Sobolewa \( H^1_0(K) \).

Dwuwymiarowy element skończony
Rysunek 2: Dwuwymiarowy element skończony

Ostatnio zmieniona Piątek 01 z Lipiec, 2022 08:07:53 UTC Autor: Maciej Paszynski
Zaloguj się/Zarejestruj w OPEN AGH e-podręczniki
Czy masz już hasło?

Hasło powinno mieć przynajmniej 8 znaków, litery i cyfry oraz co najmniej jeden znak specjalny.

Przypominanie hasła

Wprowadź swój adres e-mail, abyśmy mogli przesłać Ci informację o nowym haśle.
Dziękujemy za rejestrację!
Na wskazany w rejestracji adres został wysłany e-mail z linkiem aktywacyjnym.
Wprowadzone hasło/login są błędne.