一种用于模拟复杂无界域中地震的三维有限元—谱边界积分混合方法
数值分析
2021-02-18 v1 计算工程、金融与科学
数值分析
计算物理
摘要
我们提出一种结合有限元法（FEM）与谱边界积分法（SBIM）的三维混合方法，用于模拟无界域中的非线性问题。利用FEM的灵活性来模拟复杂、非均匀和非线性部分——例如断层上的动态破裂及近断层塑性——并利用SBIM的高精度与计算效率来精确截断外部半空间中的所有入射波。这种精确截断使我们能够相比传统FEM方法大幅缩减空间离散区域，从而显著节省计算成本与内存需求。FEM与SBIM的耦合通过在计算定义的边界上交换牵引力与位移边界条件实现。该方法适于在大规模并行计算机上实现。我们通过一个基准问题验证了所开发的方法。另外三个分别具有低速断层带、低速断陷包裹体以及多断层相互作用的更复杂算例，展示了该混合格式在求解超大尺寸问题上的能力。最后，我们讨论了该混合方法在地球物理与工程问题中潜在的应用。
引用
@article{arxiv.2102.08756,
title = {A three-dimensional hybrid finite element -- spectral boundary integral method for modeling earthquakes in complex unbounded domains},
author = {Gabriele Albertini and Ahmed Elbanna and David S. Kammer},
journal= {arXiv preprint arXiv:2102.08756},
year = {2021}
}