Το βασικό πρόβλημα στην υλοποίηση της μεθόδου των πεπερασμένων στοιχείων είναι η κατασκευή του πίνακα (και, κατά δεύτερο λόγο του δεξιού μέλους) του συστήματος που προκύπτει από τη μέθοδο Galerkin. Δεδομένης της διαμέρισης του , θα αναφερόμαστε σε κάθε διάστημα , ως πεπερασμένο στοιχείο. Το κάθε στοιχείο έχει δύο κόμβους, τους και , που αντιστοιχούν στους τοπικούς κομβικούς δείκτες και , αντίστοιχα. Ο δείκτης κάθε στοιχείου και οι τοπικοί κομβικοί δείκτες καθορίζουν τον λεγόμενο καθολικό κομβικό δείκτη κάθε κόμβου διαμέσου της απλής σχέσης
Οι συναρτήσεις , η βάση του χώρου πεπερασμένων στοιχείων της προηγούμενης παραγράφου, μπορούν να περιγραφούν με έναν εξαιρετικά απλό και αποτελεσματικό τρόπο, για την κατασκευή του πίνακα : συμβολίζουμε με , , τον περιορισμό στο διάστημα των συναρτήσεων , αντίστοιχα, και αναφερόμαστε σε αυτές ως τις τοπικές συναρτήσεις βάσης. Αν τώρα,
τότε
όπου . Ισοδύναμα, μπορούμε να αντιστοιχίσουμε σε κάθε διάστημα τον ομοπαραλληλικό μετασχηματισμό και να ορίσουμε τις τοπικές συναρτήσεις βάσης ως
Συνεπώς, αν είναι μια συνάρτηση στον χώρο που παράγεται από τις συναρτήσεις , λαμβάνουμε την αναπαράσταση
όπου έχουμε θέσει . Ειδικώτερα, στο διάστημα έχουμε
(4.42) |
Ο συμβολισμός και οι παρατηρήσεις της προηγούμενης παραγράφου μας επιτρέπουν τώρα την εύκολη κατασκευή του πίνακα και του δεξιού μέλους των εξισώσεων της μεθόδου Galerkin. Στη γλώσσα των πεπερασμένων στοιχείων, η κατασκευή του πίνακα του συστήματος αναφέρεται ως συναρμολόγηση (assembly), ορολογία που δικαιολογείται από το γεγονός ότι
όπου
για οποιεσδήποτε συναρτήσεις του χώρου πεπερασμένων στοιχείων. Χρησιμοποιώντας την αναπαράσταση (4.42) και τον ομοπαραλληλικό μετασχηματισμό , έχουμε διαδοχικά
Μπορούμε, τέλος, να γράψουμε την παραπάνω σχέση σε μορφή πίνακα επί διάνυσμα ως
όπου είναι ο τοπικός πίνακας ακαμψίας
και είναι ο τοπικός πίνακας μάζας
Εδώ, έχουμε θέσει . Η προσέγγιση των στοιχείων του πίνακα μπορεί να γίνει στην πράξη με τη χρήση ενός κανόνα αριθμητικής ολοκλήρωσης. Στην περίπτωση που εξετάζουμε στη συγκεκριμένη παράγραφο, μπορεί να αποδειχθεί ότι η χρήση του κανόνα του τραπεζίου είναι ικανή για να εξασφαλίσει το αποτέλεσμα του Θεωρήματος 4.2.