This paper aims to compare three collocation point methods associated with the odd order stochastic response surface method (SRSM) in a systematical and quantitative way. The SRSM with the Hermite polynomial chaos is briefly introduced first. Then, three collocation point methods, namely the point method, the root method and the without origin method underlying the odd order SRSMs are highlighted. Three examples are presented to demonstrate the accuracy and efficiency of the three methods. The results indicate that the condition that the Hermite polynomial information matrix evaluated at the collocation points has a full rank should be satisfied to yield reliability results with a sufficient accuracy. The point method and the without origin method are much more efficient than the root method, especially for the reliability problems involving a large number of random variables or requiring complex finite element analysis. The without origin method can also produce sufficiently accurate reliability results in comparison with the point and root methods. Therefore, the origin often used as a collocation point is not absolutely necessary. The odd order SRSMs with the point method and the without origin method are recommended for the reliability analysis due to their computational accuracy and efficiency. The order of SRSM has a significant influence on the results associated with the three collocation point methods. For normal random variables, the SRSM with an order equaling or exceeding the order of a performance function can produce reliability results with a sufficient accuracy. The order of SRSM should significantly exceed the order of the performance function involving strongly non-normal random variables.
An efficient and stable point collocation scheme based on a meshfree method is studied for the stationary incompressible Navier-Stokes equations. We describe the diffuse derivatives associated with the moving least square method. Using these diffuse derivatives, we propose a point collocation method to fit in solving the Navier-Stokes equations which improves the stability of the direct point collocation scheme. The convergence of the numerical solution is investigated from numerical examples. The driven cavity ow and the backward facing step ow are implemented for the reliability of the scheme. Also, the viscous ow on complicated geometry is successfully calculated such as the ow past a circular cylinder in duct.
We propose a new meshfree method to be called the fast moving least square reproducing kernel collocation method(FCM). This methodology is composed of the fast moving least square reproducing kernel(FMLSRK) approximation and the point collocation scheme. Using point collocation makes the meshfree method really come true. In this paper, FCM Is shown to be a good method at least to calculate the numerical solutions governed by second order elliptic partial differential equations with geometric singularity or geometric multi-scales. To treat such problems, we use the concept of variable dilation parameter.
A meshless method with novel variation of point collocation by finite mixture approximation is developed in this paper, termed the meshless finite mixture (MFM) method. It is based on the finite mixture theorem and consists of two or more existing meshless techniques for exploitation of their respective merits for the numerical solution of partial differential boundary value (PDBV) problems. In this representation, the classical reproducing kernel particle and differential quadrature techniques are mixed in a point collocation framework. The least-square method is used to optimize the value of the weight coefficient to construct the final finite mixture approximation with higher accuracy and numerical stability. In order to validate the developed MFM method, several one- and two-dimensional PDBV problems are studied with different mixed boundary conditions. From the numerical results, it is observed that the optimized MFM weight coefficient can improve significantly the numerical stability and accuracy of the newly developed MFM method for the various PDBV problems.
Kim, Hong-Kyu;Chong, Jin-Kyo;Park, Kyong-Yop;Kim, Do-Wan
KIEE International Transaction on Electrical Machinery and Energy Conversion Systems
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제4B권4호
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pp.180-183
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2004
This paper presents a description of the point collocation method and its application to the electromagnetic field computation. The interpolation scheme is based on the fast moving least square reproducing kernel approximation. In the method, the integration cell is not required and the essential boundary conditions can be enforced directly. Numerical simulations on 1-D and 2-D problems are carried out to validate the method. It is found that computational efficiency is higher than the general mesh-free methods.
Recently much attention has been drawn to meshfree method since conventional methods such as FDM, FVM and FEM have suffered from difficulty with mesh generation for complex geometry and deformable bodies. In this paper, an upwind point collocation meshfree method developed by the authors is applied to two shock wave diffraction problems. One is the shock diffraction over a 90-degree corner and the other is the single Mach reflection on a ramp. The scheme showed stability and the results showed accuracy.
The hydrodynamic stability equations for natural convection flows adjacent to a vertical isothermal surface in cold or warm water (Boussinesq or non-Boussinesq situation for density relation), constitute a two-point-boundary-value (eigenvalue) problem, which was solved numerically using the simple shooting and the orthogonal collocation method. This is the first instance in which these stability equations have been solved using a computer code COLSYS, that is based on the orthogonal collocation method, designed to solve accurately two-point-boundary-value problem. Use of the orthogonal collocation method significantly reduces the error propagation which occurs in solving the initial value problem and avoids the inaccuracy of superposition of asymptotic solutions using the conventional technique of simple shooting.
An integration method for the hypersingular kernels, in the boundary integralequations used for the solution of crack-like problems in elasticity, has been developed. To isolate the stronger singularities, the actual boundaries are replaced by the smoothly curved auxiliary boundaries which provide the detoured, non-singular integration paths. The auxiliary boundary can be interpreted as a contracted form of the actual boundaries except for the singular element where the collocating point is located. For an optimal integration path for every singular collocation point, the auxiliary boundary may have different shape depending on the position of the collocation point on the singular element.
Zouhair Saffah;Mohammed Amdi;Abdelaziz Timesli;Badr Abou El Majd;Hassane Lahmam
Structural Engineering and Mechanics
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제88권3호
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pp.239-249
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2023
The Radial Point Interpolation Method (RPIM) has been proposed to overcome the difficulties associated with the use of the Radial Basis Functions (RBFs). The RPIM has the following properties: Simple implementation in terms of boundary conditions as in the Finite Element Method (FEM). A less expensive CPU time compared to other collocation meshless methods such as the Moving Least Square (MLS) collocation method. In this work, we propose an adaptive high-order numerical algorithm based on RPIM to simulate the thermoviscoplastic behavior of a material mixing observed in the Friction Stir Welding (FSW) process. The proposed adaptive meshfree RPIM algorithm adapts well to the geometric and physical data by choosing a good shape parameter with a good precision. Our numerical approach combines the RPIM and the Asymptotic Numerical Method (ANM). A numerical procedure is also proposed in this work to automatically determine an improved shape parameter for the RBFs. The efficiency of the proposed algorithm is analyzed in comparison with an iterative algorithm.
Point collocation method based on the fast derivatives approximation of meshfree shape function is applied to solid mechanics in this study. Enhanced meshfree approximation with approximated derivative of shape function is reviewed, and formulation of linear elastic solid mechanics by point collocation method is presented. It implies that governing equation of solid mechanics with strong form is directly formulated without no numerical integration cells or grid. The regularity of weight function is not required due to a use of approximated derivative, so we propose the exponential type weight function that is discontinuous in first derivative. The convergence and stability of the proposed method is verified by passing the generalized patch test. Also, the efficiency and applicability of the proposed method in solid mechanics is verified by solving types of solid problems. Numerical results show that not only a use of proposed weight function leads lower error and higher convergence rate than that of the conventional weight functions, but also the improved collocation method with derivative approximation enables to compute the derivatives of shape function very fast and accurately enough to replace the classical direct derivative calculation.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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