A computational approach based on extended finite element method for thin porous layers in acoustic problems

有限元法 离散化 不连续性分类 多边形网格 计算机科学 扩展有限元法 多孔介质 几何学 数学 材料科学 数学分析 结构工程 多孔性 工程类 复合材料
作者
Shaoqi Wu,Olivier Dazel,Grégory Legrain
出处
期刊:International Journal for Numerical Methods in Engineering [Wiley]
卷期号:123 (18): 4209-4243 被引量:3
标识
DOI:10.1002/nme.7006
摘要

Abstract The simulation of stationary acoustic fields involving thin porous layers is addressed in the present article. Layer thickness is assumed to be relatively thin in comparison to the overall computational domain, but its non‐negligible acoustic impact must be taken into consideration in the numerical model. Within the classical finite element method (FEM), meshes are compatible at material interfaces and the element distortions needs to be avoided. These requirements usually lead to an excessively costly spatial discretization for these problems of interest, as it forces mesh refinement surrounding the thin layer. This article provides a computational approach to relax this restriction. A generalized interface model derived from the plane wave transfer matrix Method (TMM) is established for modeling thin layers. We develop variationally consistent formulations to impose the interface conditions from models of thin layers for diverse coupling configurations, in which both acoustic fluid and poro‐elastic media are taken into account. The computational domain is discretized using the extended finite element method (X‐FEM) in order to introduce strong discontinuities in elements independently of the mesh. Implementation of the proposed formulations within X‐FEM is verified to be capable of providing accurate and robust solutions. The efficiency and flexibility of the present approach for multi‐layer and complex geometry problems are demonstrated compared to classical interface‐fitted finite element models through different simulation scenarios.

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