The boundary element method (BEM) is an efficient numerical method for simulating harmonic wave scattering. It uses boundary integral formulations of the Helmholtz equation at the interfaces of piecewise homogeneous domains. The discretisation of its weak formulation leads to a dense system of linear equations, which is typically solved with an iterative linear method such as GMRES. The application of BEM to simulating wave scattering at large-scale geometries is only feasible when compression and preconditioning techniques reduce the computational footprint. Furthermore, many different boundary integral equations exist that solve the same boundary value problem. The choice of preconditioner and boundary integral formulation is often optimised for a specific configuration, depending on the geometry, material characteristics, and driving frequency. On the one hand, the design flexibility for the BEM can lead to fast and accurate schemes. On the other hand, efficient and robust algorithms are difficult to achieve without expert knowledge of the BEM intricacies. This study surveys the design of boundary integral formulations for acoustics and their acceleration with operator preconditioners. Extensive benchmarking provide valuable information on the computational characteristics of several hundred different models for multiple scattering and transmission of acoustic wave fields.


翻译:边界要素方法(BEM)是模拟调波散射的有效数字方法,它使用在片状同质域界面上的赫尔莫霍茨方程式的边界组合配方。其微弱配方的分解导致线性方程式的密集系统,通常用迭代线性方法(如GMRES)解决。只有在压缩和先决条件技术减少计算足迹时,才可能应用BEM在大规模地理偏差中模拟波散射。此外,还存在许多不同的边界组合方程式,可以解决相同的边界值问题。根据几何、物质特性和驱动频率,对先决条件方程式和边界组合配方的选取往往为特定配置的优化。一方面,BEM的设计灵活性可导致快速和准确的组合。另一方面,如果没有对BEM的内在复杂性的专业知识,高效和稳健的算法是难以实现的。这项研究调查了声波的边界组合配方及其与操作者前置波的加速度。广泛的基准提供数百个不同模型的计算特性的宝贵信息。

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