1. Solving 2D linear isotropic elastodynamics by means of scalar potentials: a new challenge for finite elements
- Author
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Patrick Joly, Jerónimo Rodríguez, Sébastien Imperiale, Jorge Martínez, Departamento de Matemática Aplicada, Universidade de Santiago de Compostela [Spain] (USC ), Mathematical and Mechanical Modeling with Data Interaction in Simulations for Medicine (M3DISIM), Laboratoire de mécanique des solides (LMS), École polytechnique (X)-Mines Paris - PSL (École nationale supérieure des mines de Paris), Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université Paris sciences et lettres (PSL)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-École polytechnique (X)-Mines Paris - PSL (École nationale supérieure des mines de Paris), Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université Paris sciences et lettres (PSL)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Inria Saclay - Ile de France, Institut National de Recherche en Informatique et en Automatique (Inria)-Institut National de Recherche en Informatique et en Automatique (Inria), Université Paris-Saclay, Propagation des Ondes : Étude Mathématique et Simulation (POEMS), Inria Saclay - Ile de France, Institut National de Recherche en Informatique et en Automatique (Inria)-Institut National de Recherche en Informatique et en Automatique (Inria)-Unité de Mathématiques Appliquées (UMA), École Nationale Supérieure de Techniques Avancées (ENSTA Paris)-École Nationale Supérieure de Techniques Avancées (ENSTA Paris)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Universidade de Santiago de Compostela, Mathematical and Mechanical Modeling with Data Interaction in Simulations for Medicine ( M3DISIM ), Laboratoire de mécanique des solides ( LMS ), École polytechnique ( X ) -MINES ParisTech - École nationale supérieure des mines de Paris-Centre National de la Recherche Scientifique ( CNRS ) -École polytechnique ( X ) -MINES ParisTech - École nationale supérieure des mines de Paris-Centre National de la Recherche Scientifique ( CNRS ) -Inria Saclay - Ile de France, Institut National de Recherche en Informatique et en Automatique ( Inria ) -Institut National de Recherche en Informatique et en Automatique ( Inria ), Propagation des Ondes : Étude Mathématique et Simulation ( POEMS ), Institut National de Recherche en Informatique et en Automatique ( Inria ) -Institut National de Recherche en Informatique et en Automatique ( Inria ) -Unité de Mathématiques Appliquées ( UMA ), École Nationale Supérieure de Techniques Avancées ( Univ. Paris-Saclay, ENSTA ParisTech ) -École Nationale Supérieure de Techniques Avancées ( Univ. Paris-Saclay, ENSTA ParisTech ) -Centre National de la Recherche Scientifique ( CNRS ), École polytechnique (X)-MINES ParisTech - École nationale supérieure des mines de Paris, and Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université Paris sciences et lettres (PSL)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-École polytechnique (X)-MINES ParisTech - École nationale supérieure des mines de Paris
- Subjects
Numerical Analysis ,Applied Mathematics ,Isotropy ,Scalar (mathematics) ,Mathematical analysis ,General Engineering ,010103 numerical & computational mathematics ,[ MATH.MATH-NA ] Mathematics [math]/Numerical Analysis [math.NA] ,01 natural sciences ,Finite element method ,Theoretical Computer Science ,010101 applied mathematics ,Computational Mathematics ,[ MATH.MATH-AP ] Mathematics [math]/Analysis of PDEs [math.AP] ,Computational Theory and Mathematics ,Displacement field ,[MATH.MATH-AP]Mathematics [math]/Analysis of PDEs [math.AP] ,Boundary value problem ,Time domain ,0101 mathematics ,Scalar field ,Helmholtz decomposition ,Software ,[MATH.MATH-NA]Mathematics [math]/Numerical Analysis [math.NA] ,Mathematics - Abstract
International audience; In this work we present a method for the computation of numerical solutions of 2D homogeneous isotropic elastodynamics equations by solving scalar wave equations. These equations act on the potentials of a Helmholtz decomposition of the displacement field and are decoupled inside the propagation domain. We detail how these equations are coupled at the boundary depending on the nature of the boundary condition satisfied by the displacement field. After presenting the case of rigid boundary conditions, that presents no specific difficulty, we tackle the challenging case of free surface boundary conditions that presents severe stability issues if a straightforward approach is used. We introduce an adequate functional framework as well as a time domain mixed formulation to circumvent these issues. Numerical results confirm the stability of the proposed approach.
- Published
- 2018
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