BEM — CAE用語解説
BEM（境界要素法 / Boundary Element Method）
定義
境界要素法は、支配方程式の基本解（Green関数）を用いて体積積分を境界積分に変換する手法。領域内部のメッシュが不要で、次元が1つ下がるため自由度数を大幅に削減できる。無限領域問題（音響放射、電磁散乱）に特に有効。
境界積分方程式（Laplace方程式の場合）
$$ c(\mathbf{x}) u(\mathbf{x}) = \int_\Gamma \left[ G(\mathbf{x}, \mathbf{y}) \frac{\partial u}{\partial n}(\mathbf{y}) - \frac{\partial G}{\partial n}(\mathbf{x}, \mathbf{y}) u(\mathbf{y}) \right] d\Gamma(\mathbf{y}) $$
3次元Laplace方程式の基本解:
$$ G(\mathbf{x}, \mathbf{y}) = \frac{1}{4\pi |\mathbf{x} - \mathbf{y}|} $$
特徴と制限
- 長所: 境界のみの離散化、無限領域の自然な取り扱い、高精度
- 短所: 非線形問題への適用が困難、密行列の生成（計算コスト $O(N^2)$）
- 高速BEM: FMM（高速多重極展開法）により $O(N \log N)$ に削減可能
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