Semi-analytical approximation of the normal derivative of the heat simple layer potential near the boundary of a two-dimensional domain

Мұқаба

Дәйексөз келтіру

Толық мәтін

Аннотация

A semi-analytical approximation of the normal derivative of the simple layer heat potential near the boundary of a two-dimensional domain with $C^{5} $ smoothness is proposed. The calculation of the integrals that arise after piecewise quadratic interpolation of the density function with respect to the variable of arc length $s$, is carried out using analytical integration over the variable $\rho =\sqrt{r^{2} -d^{2} } $, where $r$ and $d$ are the distances from the observation point to the integration point and to the boundary of the domain, respectively. To do this, the integrand is represented as the sum of two products, each of which consists of two factors, namely: a function smooth in а near-boundary domain containing the Jacobian of the transition from the integration variable $s$ to the variable $\rho $, and a weight function containing a singularity at $r=0$ and uniformly absolutely integrable in the near-boundary region. Smooth functions are approximated with the help of the piecewise quadratic interpolation over the variable $\rho $, and then analytical integration becomes possible. Analytical integration over $\rho $ is carried out on a section of the boundary fixed in width, containing the projection of the observation point, and on the rest of the boundary, the integrals over $s$ are calculated using the Gauss formulas. Integration over the parameter of $C_{0} $-semigroup formed by time shift operators is also  carried out analytically. To do this, the $C_{0} $-semigroup is approximated using the piecewise quadratic interpolation over its parameter. It is proved that the proposed approximations have stable cubic convergence in the Banach space of continuous functions with the uniform norm, and such convergence is uniform in the closed near-boundary region. The results of computational experiments on finding of  the normal derivative of solutions of the second initial-boundary problem of heat conduction in a unit circle with a zero initial condition are presented, confirming the uniform cubic convergence of the proposed approximations of  the normal derivative of the simple layer heat potential.

Авторлар туралы

Dmitrii Ivanov

Russian University of Transport

Хат алмасуға жауапты Автор.
Email: ivanovdyu@yandex.ru
ORCID iD: 0000-0003-4551-469X
SPIN-код: 2156-2382
Scopus Author ID: 36523172000
ResearcherId: W-6276-2018
22/2 Chasovaya St., Moscow 125993, Russia

Әдебиет тізімі

  1. Бреббия К., Теллес Ж., Вроубел Л. Методы граничных элементов. Москва : Мир, 1987. 524 с.
  2. Смирнов В. И. Курс высшей математики : в 5 т. Т. 4, ч. 2. Москва : Наука, 1981. 550 с.
  3. Zhang Y.-M., Gu Y., Chen J.-T. Stress analysis for multilayered coating systems using semianalytical BEM with geometric non-linearities // Computational Mechanics. 2011. Vol. 47, iss. 5. P. 493–504. https://doi.org/10.1007/s00466-010-0559-0
  4. Gu Y., Chen W., Zhang B., Qu W. Two general algorithms for nearly singular integrals in two dimensional anisotropic boundary element method // Computational Mechanics. 2014. Vol. 53, iss. 6. P. 1223–1234. https://doi.org/10.1007/s00466-013-0965-1
  5. Niu Z., Cheng Ch., Zhou H., Hu Z. Analytic formulations for calculating nearly singular integrals in two-dimensional BEM // Engineering Analysis with Boundary Elements. 2007. Vol. 31, iss. 12. P. 949–964. https://doi.org/10.1016/j.enganabound.2007.05.001
  6. Niu Z., Hu Z., Cheng Ch., Zhou H. A novel semi-analytical algorithm of nearly singular integrals on higher order elements in two dimensional BEM // Engineering Analysis with Boundary Elements. 2015. Vol. 61. P. 42–51. https://doi.org/10.1016/j.enganabound.2015.06.007
  7. Иванов Д. Ю. Уточнение коллокационного метода граничных элементов вблизи границы двумерной области с помощью полуаналитической аппроксимации теплового потенциала двойного слоя // Вестник Томского государственного университета. Математика и механика. 2020. № 65. С. 30–52. https://doi.org/10.17223/19988621/65/3
  8. Данфорд Н., Шварц Дж. Т. Линейные операторы : в 3 т. Т. 1: Общая теория. Москва : Изд-во иностранной литературы, 1962. 896 с.
  9. Иванов Д. Ю. Уточнение коллокационного метода граничных элементов вблизи границы области в случае двумерных задач нестационарной теплопроводности с граничными условиями второго и третьего рода // Вестник Томского государственного университета. Математика и механика. 2019. № 57. С. 5–25. https://doi.org/10.17223/19988621/57/1
  10. Березин И. С., Жидков Н. П. Методы вычислений : в 2 т. Т. 1. Москва : Физматгиз, 1962. 464 с.

Қосымша файлдар

Қосымша файлдар
Әрекет
1. JATS XML


Creative Commons License
Бұл мақала лицензия бойынша қолжетімді Creative Commons Attribution 4.0 International License.

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».