RESEARCH IN RESIDENCE
Quadrature rules for maximally smooth finite elements based on Wang-Shi triangular splits
Règles de quadrature pour les éléments finis maximalement lisses basées sur les divisions triangulaires de Wang-Shi
19 – 30 January, 2026
Participants
Tom Lyche (University of Oslo)
Carla Manni ((University of Rome)
Hendrik Speleers (University of Rome)
Smooth splines on triangulations are appealing for several reasons. For example, high smoothness leads to high accuracy per degree of freedom. However, to achieve maximal smoothness coupled with local constructions, nontrivial macro-structures are necessary. Recently, we have proposed local simplex spline bases for the space of splines of degree d and smoothness d-1 on any given triangulation, suitably refined by means of the corresponding Wang-Shi (WS) macro-elements, for d=2,3,4. This basis makes the treatment of the complex geometry of their macro-structure affordable, because it intrinsically avoids considering separate polynomial representations in various micro-elements.
We aim to investigate the applicability of such spline spaces and their representation in the context of finite element analysis and isogeometric analysis. In this perspective, in order to exploit their potential, there is a need for tailored quadrature rules beyond the element-wise approach. As a first preliminary step in this direction, weighted quadrature rules for C1 quadratic spline finite elements on the corresponding WS split have been provided in a recent paper. The next steps consist in addressing the cases of C2 cubic splines, probably the most interesting spline space from the application point of view, and of C3 quartic splines. Generalizing the results from C1 quadratic to C2 cubic and C3 quartic splines is far from straightforward because of the much more complex macro-structures, and likely requires the introduction of new approaches.
Les splines lisses sur les triangulations présentent de nombreux avantages par rapport à d’autres approches. Par exemple, une grande régularité conduit à une grande précision par degré de liberté. Cependant, pour obtenir une régularité maximale couplée à des constructions locales, des macro-structures non triviales sont nécessaires. Récemment, nous avons proposé des bases de splines simplex locales pour les espaces des splines de degré d et de régularité d-1 sur toutes les triangulations données, adéquatement affinées au moyen des macro-éléments Wang-Shi (WS) correspondants, pour d=2,3,4. Ces bases rendent le traitement de la géométrie complexe de leur macro-structure abordable, car elles évitent intrinsèquement de considérer des représentations polynomiales séparées dans divers micro-éléments.
Nous visons à étudier l’applicabilité de tels espaces de splines et leur représentation dans le contexte de l’analyse par éléments finis et de l’analyse isogéométrique. Dans cette perspective, afin d’exploiter leur potentiel, il est nécessaire de disposer de règles de quadrature adaptées au-delà de l’approche élément par élément. Comme première étape préliminaire dans cette direction, nous avons fourni dans un article précédent des règles de quadrature pondérées pour les éléments finis de splines quadratiques C1 sur la division WS correspondante. Les prochaines étapes consistent à traiter les cas des splines cubiques C2, probablement l’espace de splines le plus intéressant du point de vue de l’application, et des splines quartiques C3. La généralisation des résultats des splines quadratiques C1 aux splines cubiques C2 et quartiques C3 s’avère beaucoup plus difficile en raison des macro-structures beaucoup plus complexes, et nécessite probablement l’introduction de nouvelles approches.
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