MLS 차분법의 결정 변수에 따른 정확도 분석 및 혼합변분이론을 통한 미분근사 성능향상
On the Improvement of the Accuracy of Higher Order Derivatives in the MLS(Moving Least Square) Difference Method via Mixed Formulation
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초록
본 연구에서는 점근해석 및 논로컬 이론에서 요구하는 4차 이상의 고차 미분근사를 수행하기 위하여 계방정식에 혼합변분이론을 적용하여 MLS 차분법으로부터 구해지는 고차 미분근사의 정확도를 큰 폭으로 향상시킨다. 또한, MLS 차분법에 존재하는 세 가지 조건변수에 따른 고차미분근사의 정확도를 비교·분석한다. 혼합변분이론의 합응력을 후처리하여 변위의 미분을 근사할 경우 기존의 변위장 기반 계방정식의 차분 결과에 비해 미분 차수가 2차 낮아진다. 해석 범위내 절점 수가 과도하게 많거나 기저 차수가 클 경우 MLS 차분법의 영향영역 내에서 과적합(overfitting)이 발생한다. 또한 영향영역이 최적 범위 이상으로 넓어질 경우 근사의 정확도가 떨어진다. 위 내용을 사인 하중을 받는 단순지지보 수치예제로부터 확인하였다.
Abstract
In this study, we investigate the accuracy of higher order derivatives in the moving least square (MLS) difference method. An interpolation function is constructed by employing a Taylor series expansion via MLS approximation. The function is then applied to the mixed variational theorem in which the displacement and stress resultants are treated as independent variables. The higher order derivatives are evaluated by solving simply supported beams and cantilevers. The results are compared with the analytical solutions in terms of the order of polynomials, support size of the weighting function, and number of nodes. The accuracy of the higher order derivatives improves with the employment of the mean value theorem, especially for very high-order derivatives (e.g., above fourth-order derivatives), which are important in a classical asymptotic analysis.
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