Conformal n-dimensional bisection for local refinement of unstructured simplicial meshes

Abstract

(English) In n-dimensional adaptive applications, conformal simplicial meshes must be locally modified. One systematic local modification is to bisect the prescribed simplices while surrounding simplices are bisected to ensure conformity. Although there are many conformal bisection strategies, practitioners prefer the method known as the newest vertex bisection. This method guarantees key advantages for adaptivity whenever the mesh has a structure called reflectivity. Unfortunately, it is not known (i) how to extract a reflection structure from any unstructured conformal mesh for three or more dimensions. Fortunately, a conformal bisection method is suitable for adaptivity if it almost fulfills the newest vertex bisection advantages. These advantages are almost met by an existent multi-stage strategy in three dimensions. However, it is not known (ii) how to perform multi-stage bisection for more than three dimensions. This thesis aims to demonstrate that n-dimensional conformal bisection is possible for local refinement of unstructured conformal meshes. To this end, it proposes the following contributions. First, it proposes the first 4-dimensional two-stage method, showing that multi-stage bisection is possible beyond three dimensions. Second, following this possibility, the thesis proposes the first n-dimensional multi-stage method, and thus, it answers question (ii). Third, it guarantees the first 3-dimensional method that features the newest vertex bisection advantages, showing that these advantages are possible beyond two dimensions. Fourth, extending this possibility, the thesis guarantees the first n-dimensional marking method that extracts a reflection structure from any unstructured conformal mesh, and thus, it answers question (i). This answer proves that local refinement with the newest vertex bisection is possible in any dimension. Fifth, this thesis shows that the proposed multi-stage method almost fulfills the advantages of the newest vertex bisection. Finally, to visualize four-dimensional meshes, it proposes a simple tool to slice pentatopic meshes. In conclusion, this thesis demonstrates that conformal bisection is possible for local refinement in two or more dimensions. To this end, it proposes two novel methods for unstructured conformal meshes, methods that will enable adaptive applications on n-dimensional complex geometry.(Español) n aplicaciones adaptativas n-dimensionales, las mallas simpliciales conformes deben modificarse localmente. Una modificación local sistemática es bisecar los símplices prescritos mientras que los símplices circundantes se bisecan para garantizar la conformidad. Aunque existen muchas estrategias conformes de bisección, en aplicaciones prácticas se prefiere el método conocido como newest vertex bisection (NVB). Este método garantiza las propiedades deseadas para la adaptatividad siempre y cuando la malla tenga una estructura llamada reflectividad. Desafortunadamente, no se sabe (i) cómo extraer una estructura de reflexión de cualquier malla conforme no estructurada para tres o más dimensiones. Afortunadamente, un método de bisección conforme es adecuado para la adaptatividad si casi cumple con las propiedades de NVB. Estas propiedades son casi satisfechas por una estrategia existente de múltiples etapas en tres dimensiones. Sin embargo, no se sabe (ii) cómo realizar una bisección en múltiples etapas para más de tres dimensiones. Esta tesis tiene como objetivo demostrar que la bisección conforme n-dimensional es posible para el refinamiento local de mallas conformes no estructuradas. Para ello propone las siguientes aportaciones. Primero, propone el primer método de dos etapas de 4 dimensiones, que muestra que la bisección de múltiples etapas es posible en más de tres dimensiones. En segundo lugar, siguiendo esta posibilidad, la tesis propone el primer método n-dimensional de múltiples etapas y, por tanto, responde a la pregunta (ii). En tercer lugar, garantiza el primer método tridimensional que presenta las propiedades NVB, lo que demuestra que estas propiedades son posibles más allá de dos dimensiones. En cuarto lugar, ampliando esta posibilidad, la tesis garantiza el primer método de marcado n-dimensional que extrae una estructura de reflexión de cualquier malla conforme no estructurada y, por lo tanto, responde a la pregunta (i). Esta respuesta demuestra que el refinamiento local con NVB es posible en cualquier dimensión. Quinto, esta tesis muestra que el método de múltiples etapas propuesto casi cumple con las propiedades de NVB. Finalmente, para visualizar mallas de cuatro dimensiones, propone una herramienta simple para cortar mallas pentatópicas. En conclusión, esta tesis demuestra que la bisección conforme es posible para el refinamiento local en dos o más dimensiones. Con este fin, propone dos métodos novedosos para mallas conformes no estructuradas, métodos que harán posible aplicaciones adaptativas en geometría compleja n-dimensional.Matemàtica aplicad