二维正交各向异性位势问题的高阶单元快速多极边界元法

摘要

研制了一种适用于二维正交各向异性位势问题的高阶单元(线性单元和二次单元)快速多极边界元法.在快速多极边界元法中,源点对于远场区域的积分采用快速多极展开式计算,而对于近场区域的积分则直接进行计算.高阶单元的使用使得近场积分,尤其是奇异积分和几乎奇异积分的计算更加复杂.通过引入复数表达对其进行简化,若边界采用线性单元插值,近场积分可直接解析计算;若采用二次单元插值,则给出一个半解析算法计算近场积分.高阶单元奇异积分和几乎奇异积分计算难题的解决,使得高阶单元快速多极边界元法不仅能够计算一般结构,也能被应用于超薄体结构,拓宽了高阶单元快速多极边界元法的适用范围.数值算例表明,若计算精度一定,高阶单元快速多极边界元法较常值单元快速多极边界元法使用的单元数量显著减少,且高阶单元快速多极边界元法计算时间与自由度数量成线性关系,其计算效率仍处于O(N)量级,因此高阶单元快速多极边界元法可更加高效求解大规模问题.