The scattering and transmission of harmonic acoustic waves at a penetrable material are commonly modelled by a set of Helmholtz equations. This system of partial differential equations can be rewritten into boundary integral equations defined at the surface of the objects and solved with the boundary element method (BEM). High frequencies or geometrical details require a fine surface mesh, which increases the number of degrees of freedom in the weak formulation. Then, matrix compression techniques need to be combined with iterative linear solvers to limit the computational footprint. Moreover, the convergence of the iterative linear solvers often depends on the frequency of the wave field and the objects' characteristic size. Here, the robust PMCHWT formulation is used to solve the acoustic transmission problem. An operator preconditioner based on on-surface radiation conditions (OSRC) is designed that yields frequency-robust convergence characteristics. Computational benchmarks compare the performance of this novel preconditioned formulation with other preconditioners and boundary integral formulations. The OSRC preconditioned PMCHWT formulation effectively simulates large-scale problems of engineering interest, such as focused ultrasound treatment of osteoid osteoma.


翻译:在可穿透材料上散射和传输口音波通常以一套赫尔姆霍尔茨方程式为模型。这种局部分式的系统可以被改写成在物体表面界定的边界整体方程式,并用边界元素法(BEM)解决。高频率或几何细节需要细微的表面网格,这增加了虚弱配方的自由度。然后,矩阵压缩技术需要与迭代线性溶剂相结合,以限制计算足迹。此外,迭代线性溶剂的融合往往取决于波场的频率和物体的特性大小。在这里,强大的PMCHWT配方用于解决声传导问题。基于地表辐射条件设计的操作者先决条件(OSRC)旨在产生频率-扰动汇合特征。比较基准将这种新前提是的配方与其他前提和边界整体配方的性能加以比较。OSRC的前提条件性配方有效地模拟了工程利益的大规模问题,例如对骨质瘤进行集中的超声波处理。

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