<?xml version="1.0" encoding="UTF-8"?>
<!DOCTYPE article PUBLIC "-//NLM//DTD JATS (Z39.96) Journal Publishing DTD v1.1 20151215//EN" "http://jats.nlm.nih.gov/publishing/1.1/JATS-journalpublishing1.dtd">
<article xmlns:xlink="http://www.w3.org/1999/xlink" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" xml:lang="en" article-type="research-article" dtd-version="1.1">
<front>
<journal-meta>
<journal-id journal-id-type="pmc">CMES</journal-id>
<journal-id journal-id-type="nlm-ta">CMES</journal-id>
<journal-id journal-id-type="publisher-id">CMES</journal-id>
<journal-title-group>
<journal-title>Computer Modeling in Engineering &#x0026; Sciences</journal-title>
</journal-title-group>
<issn pub-type="epub">1526-1506</issn>
<issn pub-type="ppub">1526-1492</issn>
<publisher>
<publisher-name>Tech Science Press</publisher-name>
<publisher-loc>USA</publisher-loc>
</publisher>
</journal-meta>
<article-meta>
<article-id pub-id-type="publisher-id">46770</article-id>
<article-id pub-id-type="doi">10.32604/cmes.2024.046770</article-id>
<article-categories>
<subj-group subj-group-type="heading">
<subject>Article</subject>
</subj-group>
</article-categories>
<title-group>
<article-title>The Boundary Element Method for Ordinary State-Based Peridynamics</article-title>
<alt-title alt-title-type="left-running-head">The Boundary Element Method for Ordinary State-Based Peridynamics</alt-title>
<alt-title alt-title-type="right-running-head">The Boundary Element Method for Ordinary State-Based Peridynamics</alt-title>
</title-group>
<contrib-group>
<contrib id="author-1" contrib-type="author">
<name name-style="western"><surname>Liang</surname><given-names>Xue</given-names></name><xref ref-type="aff" rid="aff-1">1</xref><xref ref-type="aff" rid="aff-2">2</xref></contrib>
<contrib id="author-2" contrib-type="author" corresp="yes">
<name name-style="western"><surname>Wang</surname><given-names>Linjuan</given-names></name><xref ref-type="aff" rid="aff-3">3</xref><email>wanglj@buaa.edu.cn</email></contrib>
<aff id="aff-1"><label>1</label><institution>State Key Laboratory for Turbulence and Complex Systems, Department of Mechanics and Engineering Science, College of Engineering, Peking University</institution>, <addr-line>Beijing, 100871</addr-line>, <country>China</country></aff>
<aff id="aff-2"><label>2</label><institution>CAPT-HEDPS, and IFSA Collaborative Innovation Center of MoE, College of Engineering, Peking University</institution>, <addr-line>Beijing, 100871</addr-line>, <country>China</country></aff>
<aff id="aff-3"><label>3</label><institution>School of Astronautics, Beihang University</institution>, <addr-line>Beijing, 100191</addr-line>, <country>China</country></aff>
</contrib-group>
<author-notes>
<corresp id="cor1"><label>&#x002A;</label>Corresponding Author: Linjuan Wang. Email: <email>wanglj@buaa.edu.cn</email></corresp>
</author-notes>
<pub-date date-type="collection" publication-format="electronic"><year>2024</year></pub-date>
<pub-date date-type="pub" publication-format="electronic"><day>11</day><month>3</month><year>2024</year></pub-date>
<volume>139</volume>
<issue>3</issue>
<fpage>2807</fpage>
<lpage>2834</lpage>
<history>
<date date-type="received"><day>14</day><month>10</month><year>2023</year>
</date>
<date date-type="accepted"><day>26</day><month>12</month><year>2023</year>
</date>
</history>
<permissions>
<copyright-statement>&#x00A9; 2024 Liang and Wang</copyright-statement>
<copyright-year>2024</copyright-year>
<copyright-holder>Liang and Wang</copyright-holder>
<license xlink:href="https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/">
<license-p>This work is licensed under a <ext-link ext-link-type="uri" xlink:type="simple" xlink:href="https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/">Creative Commons Attribution 4.0 International License</ext-link>, which permits unrestricted use, distribution, and reproduction in any medium, provided the original work is properly cited.</license-p>
</license>
</permissions>
<self-uri content-type="pdf" xlink:href="TSP_CMES_46770.pdf"></self-uri>
<abstract>
<p>The peridynamics (PD), as a promising nonlocal continuum mechanics theory, shines in solving discontinuous problems. Up to now, various numerical methods, such as the peridynamic mesh-free particle method (PD-MPM), peridynamic finite element method (PD-FEM), and peridynamic boundary element method (PD-BEM), have been proposed. PD-BEM, in particular, outperforms other methods by eliminating spurious boundary softening, efficiently handling infinite problems, and ensuring high computational accuracy. However, the existing PD-BEM is constructed exclusively for bond-based peridynamics (BBPD) with fixed Poisson&#x2019;s ratio, limiting its applicability to crack propagation problems and scenarios involving infinite or semi-infinite problems. In this paper, we address these limitations by introducing the boundary element method (BEM) for ordinary state-based peridynamics (OSPD-BEM). Additionally, we present a crack propagation model embedded within the framework of OSPD-BEM to simulate crack propagations. To validate the effectiveness of OSPD-BEM, we conduct four numerical examples: deformation under uniaxial loading, crack initiation in a double-notched specimen, wedge-splitting test, and three-point bending test. The results demonstrate the accuracy and efficiency of OSPD-BEM, highlighting its capability to successfully eliminate spurious boundary softening phenomena under varying Poisson&#x2019;s ratios. Moreover, OSPD-BEM significantly reduces computational time and exhibits greater consistency with experimental results compared to PD-MPM.</p>
</abstract>
<kwd-group kwd-group-type="author">
<kwd>Ordinary state-based peridynamics</kwd>
<kwd>boundary element method</kwd>
<kwd>crack propagation</kwd>
<kwd>fracture toughness</kwd>
</kwd-group>
<funding-group>
<award-group id="awg1">
<funding-source>National Key R&#x0026;D Program of China</funding-source>
<award-id>2020YFA0710500</award-id>
</award-group>
</funding-group>
</article-meta>
</front>
<body>
<sec id="s1">
<label>1</label>
<title>Introduction</title>
<p>Peridynamics, as a nonlocal continuum mechanics theory, has garnered increasing attention owing to its notable advantage in addressing discontinuous problems [<xref ref-type="bibr" rid="ref-1">1</xref>,<xref ref-type="bibr" rid="ref-2">2</xref>]. This advantage arises from its unique approach of replacing spatial differential operators with integral operators in the equilibrium equation. Over time, peridynamic theory has seen continuous development and improvement, leading to the introduction of various theoretical models, e.g., the dual horizon peridynamics [<xref ref-type="bibr" rid="ref-3">3</xref>,<xref ref-type="bibr" rid="ref-4">4</xref>], nonlocal operator methods [<xref ref-type="bibr" rid="ref-5">5</xref>], element-based peridynamic models [<xref ref-type="bibr" rid="ref-6">6</xref>,<xref ref-type="bibr" rid="ref-7">7</xref>], viscoelastic models [<xref ref-type="bibr" rid="ref-8">8</xref>], and elastoplastic theories [<xref ref-type="bibr" rid="ref-9">9</xref>]. At the same time, a series of numerical approaches have emerged to leverage the advantages of Peridynamics (PD) in addressing various issues, including discontinuous problems [<xref ref-type="bibr" rid="ref-10">10</xref>,<xref ref-type="bibr" rid="ref-11">11</xref>], microscale problems [<xref ref-type="bibr" rid="ref-12">12</xref>,<xref ref-type="bibr" rid="ref-13">13</xref>] and multiscale problems [<xref ref-type="bibr" rid="ref-14">14</xref>&#x2013;<xref ref-type="bibr" rid="ref-16">16</xref>]. The one gaining the most attention is the Peridynamic Mesh-free Particle Method (PD-MPM), where the peridynamic equilibrium equation is discretized directly in terms of timing and spacing [<xref ref-type="bibr" rid="ref-17">17</xref>]. Kilic et al. [<xref ref-type="bibr" rid="ref-18">18</xref>] explored a collocation point method drawing support from the Gaussian integral formula to optimize the nonlocal numerical integrals in the PD-MPM. Chen et al. [<xref ref-type="bibr" rid="ref-19">19</xref>] proposed the peridynamic finite element method (PD-FEM), drawing support from the energy principle. Tian et al. [<xref ref-type="bibr" rid="ref-20">20</xref>] adopted a central difference scheme for handling the PD equation. Liang et al. [<xref ref-type="bibr" rid="ref-21">21</xref>] put forward the bond-based peridynamics (BBPD) boundary element method (BBPD-BEM).</p>
<p>Several coupled numerical methods have been proposed based on the fundamental numerical approaches mentioned above. For example, to enhance computational efficiency, PD-MPM is coupled with numerical methods of classical continuum mechanics [<xref ref-type="bibr" rid="ref-22">22</xref>&#x2013;<xref ref-type="bibr" rid="ref-26">26</xref>]. These coupled methods essentially integrate two types of continuum mechanical media: the PD medium and the classical continuum medium. However, utilizing these coupled methods for investigating the responses of a single-phase material may result in a mismatch between numerical models and the actual research project. To address this issue, it is more advisable to couple different peridynamic numerical methods, such as PD-MPM with PD-FEM or PD-BEM. Therefore, the advancement of fundamental methods, including PD-MPM, PD-FEM, and PD-BEM, holds crucial importance for the practical applications of peridynamics. It is worth clarifying the term &#x201C;PD-BEM&#x201D; to avoid misunderstandings. PD-BEM is a numerical method constructed based on peridynamic theory, differing from numerical methods that combine the classical local continuum theory&#x2019;s Boundary Element Method (BEM) with the mesh-free particle method based on peridynamic theory [<xref ref-type="bibr" rid="ref-25">25</xref>&#x2013;<xref ref-type="bibr" rid="ref-28">28</xref>].</p>
<p>Our research is dedicated to PD-BEM, a focal point that offers distinct advantages. In comparison to alternative numerical methods, BEM stands out for its efficiency enhancement achieved through dimension reduction [<xref ref-type="bibr" rid="ref-21">21</xref>]. Specifically, BBPD-BEM exhibits computational speeds two orders of magnitude faster than PD-MPM in computational domains without destruction. Furthermore, BBPD-BEM effectively circumvents spurious boundary-softening phenomena, facilitating PD calculations in infinite domains. However, it is essential to acknowledge that BBPD-BEM is built upon BBPD, which features only one independent material parameter for isotropic peridynamic materials. Additionally, the absence of a crack propagation model in BBPD-BEM restricts its ability to address crack propagation problems. To overcome these limitations, our paper aims to introduce BEM for ordinary state-based peridynamics (OSPD), one of the two typologies of state-based PD [<xref ref-type="bibr" rid="ref-2">2</xref>]. Within the numerical framework of OSPD-BEM, we propose the crack propagation model inspired by the cohesive crack model [<xref ref-type="bibr" rid="ref-29">29</xref>&#x2013;<xref ref-type="bibr" rid="ref-31">31</xref>] and the PD bilinear model [<xref ref-type="bibr" rid="ref-32">32</xref>,<xref ref-type="bibr" rid="ref-33">33</xref>]. This approach addresses the identified shortcomings in BBPD-BEM, enhancing its versatility and applicability.</p>
<p>The process of outlining the BEM for OSPD, referred to as OSPD-BEM, unfolds through the following steps. Firstly, a boundary integral equation (BIE) for OSPD is derived, drawing support from Green&#x2019;s function [<xref ref-type="bibr" rid="ref-34">34</xref>,<xref ref-type="bibr" rid="ref-35">35</xref>] and the nonlocal operator theory [<xref ref-type="bibr" rid="ref-36">36</xref>,<xref ref-type="bibr" rid="ref-37">37</xref>] in <xref ref-type="sec" rid="s2">Section 2</xref>. Following this, a crack propagation model for the OSPD-BEM is proposed in <xref ref-type="sec" rid="s3">Section 3</xref>. In <xref ref-type="sec" rid="s4">Section 4</xref>, the accuracy and efficiency of OSPD-BEM are then demonstrated through the presentation of four numerical examples. The conclusions are given in <xref ref-type="sec" rid="s5">Section 5</xref>. For ease of reading, the symbols in the paper are listed in <xref ref-type="table" rid="table-1">Table 1</xref> before the text begins.</p>
<table-wrap id="table-1">
<label>Table 1</label>
<caption>
<title>Nomenclature</title>
</caption>
<table frame="hsides">
<colgroup>
<col align="left"/>
<col align="left"/>
<col align="left"/>
<col align="left"/>
</colgroup>
<thead>
<tr>
<th>Mark</th>
<th>Explanation</th>
<th>Mark</th>
<th>Explanation</th>
</tr>
</thead>
<tbody>
<tr>
<td><inline-formula id="ieqn-1"><mml:math id="mml-ieqn-1"><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">&#x03A9;</mml:mi><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x03C4;</mml:mi><mml:mi>d</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula></td>
<td>Displacement volume-constrained boundary</td>
<td><inline-formula id="ieqn-2"><mml:math id="mml-ieqn-2"><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">&#x03A9;</mml:mi><mml:mi>&#x03C4;</mml:mi></mml:msub></mml:math></inline-formula></td>
<td>Volume-constrained boundary</td>
</tr>
<tr>
<td><inline-formula id="ieqn-3"><mml:math id="mml-ieqn-3"><mml:mi mathvariant="normal">&#x2202;</mml:mi><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">&#x03A9;</mml:mi><mml:mi>d</mml:mi></mml:msub></mml:math></inline-formula></td>
<td>Local displacement boundary</td>
<td><inline-formula id="ieqn-4"><mml:math id="mml-ieqn-4"><mml:mi>&#x03BD;</mml:mi></mml:math></inline-formula></td>
<td>Theoretical Poisson&#x2019;s ratio</td>
</tr>
<tr>
<td><inline-formula id="ieqn-5"><mml:math id="mml-ieqn-5"><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">&#x03A9;</mml:mi><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x03C4;</mml:mi><mml:mi>n</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula></td>
<td>Force volume-constrained boundary</td>
<td><inline-formula id="ieqn-6"><mml:math id="mml-ieqn-6"><mml:mrow><mml:mover><mml:mi>&#x03BD;</mml:mi><mml:mo stretchy="false">&#x007E;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow></mml:math></inline-formula></td>
<td>Numerical Poisson&#x2019;s ratio</td>
</tr>
<tr>
<td><inline-formula id="ieqn-7"><mml:math id="mml-ieqn-7"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>&#x0212C;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">&#x0393;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x2217;</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup></mml:math></inline-formula></td>
<td>Adjoint operator of weighted nonlocal divergence</td>
<td><inline-formula id="ieqn-8"><mml:math id="mml-ieqn-8"><mml:mi mathvariant="normal">&#x03A9;</mml:mi></mml:math></inline-formula></td>
<td>Solution domain</td>
</tr>
<tr>
<td><inline-formula id="ieqn-9"><mml:math id="mml-ieqn-9"><mml:msub><mml:mrow><mml:mover><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">u</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">&#x007E;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mi>g</mml:mi></mml:msub></mml:math></inline-formula></td>
<td>Green&#x2019;s function in Laplace domain</td>
<td><inline-formula id="ieqn-10"><mml:math id="mml-ieqn-10"><mml:mi>&#x03C1;</mml:mi></mml:math></inline-formula></td>
<td>Mass density</td>
</tr>
<tr>
<td><inline-formula id="ieqn-11"><mml:math id="mml-ieqn-11"><mml:mrow><mml:mi>&#x1D4A2;</mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula></td>
<td>Peridynamic Navier equilibrium operator</td>
<td><inline-formula id="ieqn-12"><mml:math id="mml-ieqn-12"><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">n</mml:mtext></mml:mrow></mml:math></inline-formula></td>
<td>Unit normal vector</td>
</tr>
<tr>
<td><inline-formula id="ieqn-13"><mml:math id="mml-ieqn-13"><mml:mrow><mml:mi>&#x0212C;</mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula></td>
<td>Nonlocal divergence operator</td>
<td><inline-formula id="ieqn-14"><mml:math id="mml-ieqn-14"><mml:mi mathvariant="normal">&#x2202;</mml:mi><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">&#x03A9;</mml:mi><mml:mi>n</mml:mi></mml:msub></mml:math></inline-formula></td>
<td>Local force boundary</td>
</tr>
<tr>
<td><inline-formula id="ieqn-15"><mml:math id="mml-ieqn-15"><mml:mover><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">T</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo accent="false">&#x00AF;</mml:mo></mml:mover></mml:math></inline-formula></td>
<td>Peridynamic force flux vector operator</td>
<td><inline-formula id="ieqn-16"><mml:math id="mml-ieqn-16"><mml:mrow><mml:mi>&#x02133;</mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula></td>
<td>Nonlocal interaction operator</td>
</tr>
<tr>
<td><inline-formula id="ieqn-17"><mml:math id="mml-ieqn-17"><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>&#x0212C;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x2217;</mml:mo></mml:mrow></mml:msup></mml:math></inline-formula></td>
<td>Adjoint operator of nonlocal divergence</td>
<td><inline-formula id="ieqn-18"><mml:math id="mml-ieqn-18"><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mtext>h</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>r</mml:mtext></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula></td>
<td>Horizon</td>
</tr>
<tr>
<td><inline-formula id="ieqn-19"><mml:math id="mml-ieqn-19"><mml:mrow><mml:mi>&#x02133;</mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula></td>
<td>Peridynamic Navier flux operator</td>
<td><inline-formula id="ieqn-20"><mml:math id="mml-ieqn-20"><mml:mi mathvariant="normal">&#x039E;</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">x</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula></td>
<td>Dirac function</td>
</tr>
<tr>
<td><inline-formula id="ieqn-21"><mml:math id="mml-ieqn-21"><mml:msub><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">u</mml:mtext></mml:mrow><mml:mi>G</mml:mi></mml:msub></mml:math></inline-formula></td>
<td>Infinite domain Green&#x2019;s function</td>
<td><inline-formula id="ieqn-22"><mml:math id="mml-ieqn-22"><mml:mi mathvariant="normal">&#x2202;</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">&#x03A9;</mml:mi></mml:math></inline-formula></td>
<td>Local boundary</td>
</tr>
</tbody>
</table>
</table-wrap>
</sec>
<sec id="s2">
<label>2</label>
<title>The Boundary Integral Equation</title>
<p>Firstly, we briefly introduce the linear elastic OSPD [<xref ref-type="bibr" rid="ref-38">38</xref>,<xref ref-type="bibr" rid="ref-39">39</xref>] with the volume-constrained boundary [<xref ref-type="bibr" rid="ref-40">40</xref>,<xref ref-type="bibr" rid="ref-41">41</xref>]. The equilibrium equation for the linear elastic OSPD is as follows [<xref ref-type="bibr" rid="ref-37">37</xref>]:
<disp-formula id="eqn-1"><label>(1)</label><mml:math id="mml-eqn-1" display="block"><mml:mrow><mml:mo>{</mml:mo><mml:mtable columnalign="left left" rowspacing="4pt" columnspacing="1em"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:mi>&#x0212C;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">&#x03C6;</mml:mi></mml:mrow><mml:mi mathvariant="bold-italic">&#x03D6;</mml:mi></mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>&#x0212C;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x2217;</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">u</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>T</mml:mtext></mml:mrow></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">&#x0393;</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>&#x03C7;</mml:mi></mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x1D4AF;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>r</mml:mtext></mml:mrow></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>&#x0212C;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">&#x0393;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x2217;</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">u</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">I</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">x</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">F</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>b</mml:mtext></mml:mrow></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">x</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">0</mml:mtext></mml:mrow><mml:mspace width="2em" /></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:mtext>for</mml:mtext></mml:mrow><mml:mtext>&#xA0;</mml:mtext><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">x</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo>&#x2208;</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">&#x03A9;</mml:mi></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">u</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">x</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">h</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>u</mml:mtext></mml:mrow></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">x</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mspace width="2em" /></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:mtext>for</mml:mtext></mml:mrow><mml:mtext>&#xA0;</mml:mtext><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">x</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo>&#x2208;</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">&#x03A9;</mml:mi><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x03C4;</mml:mi><mml:mi>d</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:msub></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:mi>&#x02133;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">&#x03C6;</mml:mi></mml:mrow><mml:mi mathvariant="bold-italic">&#x03D6;</mml:mi></mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>&#x0212C;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x2217;</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">u</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>T</mml:mtext></mml:mrow></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">&#x0393;</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>&#x03C7;</mml:mi></mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x1D4AF;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>r</mml:mtext></mml:mrow></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>&#x0212C;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">&#x0393;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x2217;</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">u</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">I</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">x</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">g</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x03C3;</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">x</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mspace width="2em" /></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:mtext>for</mml:mtext></mml:mrow><mml:mtext>&#xA0;</mml:mtext><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">x</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo>&#x2208;</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">&#x03A9;</mml:mi><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x03C4;</mml:mi><mml:mi>n</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:msub></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable><mml:mo fence="true" stretchy="true" symmetric="true"></mml:mo></mml:mrow></mml:math></disp-formula>where <inline-formula id="ieqn-23"><mml:math id="mml-ieqn-23"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">&#x03C6;</mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula> and <inline-formula id="ieqn-24"><mml:math id="mml-ieqn-24"><mml:mrow><mml:mi>&#x03C7;</mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula> are the material parameters; <inline-formula id="ieqn-25"><mml:math id="mml-ieqn-25"><mml:mi>&#x03D6;</mml:mi></mml:math></inline-formula> and <inline-formula id="ieqn-26"><mml:math id="mml-ieqn-26"><mml:mi mathvariant="normal">&#x0393;</mml:mi></mml:math></inline-formula> are the nonlocal weighting functions [<xref ref-type="bibr" rid="ref-42">42</xref>]; <inline-formula id="ieqn-27"><mml:math id="mml-ieqn-27"><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">u</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">x</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula> is displacement vector; the superscript <inline-formula id="ieqn-28"><mml:math id="mml-ieqn-28"><mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>T</mml:mtext></mml:mrow></mml:mrow></mml:math></inline-formula> is transposed symbol; <inline-formula id="ieqn-29"><mml:math id="mml-ieqn-29"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x1D4AF;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>r</mml:mtext></mml:mrow></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula> denotes trace operator; <inline-formula id="ieqn-30"><mml:math id="mml-ieqn-30"><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">I</mml:mtext></mml:mrow></mml:math></inline-formula> is metric tensor; <inline-formula id="ieqn-31"><mml:math id="mml-ieqn-31"><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">x</mml:mtext></mml:mrow></mml:math></inline-formula> is location vector corresponding to single material point; <inline-formula id="ieqn-32"><mml:math id="mml-ieqn-32"><mml:msub><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">F</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>b</mml:mtext></mml:mrow></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">x</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula> denotes body force density; <inline-formula id="ieqn-33"><mml:math id="mml-ieqn-33"><mml:msub><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">h</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>u</mml:mtext></mml:mrow></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">x</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula> denotes a given displacement constraint on displacement boundary <inline-formula id="ieqn-34"><mml:math id="mml-ieqn-34"><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">&#x03A9;</mml:mi><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x03C4;</mml:mi><mml:mi>d</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula>; <inline-formula id="ieqn-35"><mml:math id="mml-ieqn-35"><mml:msub><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">g</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x03C3;</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">x</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula> denotes a given force boundary condition on force boundary <inline-formula id="ieqn-36"><mml:math id="mml-ieqn-36"><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">&#x03A9;</mml:mi><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x03C4;</mml:mi><mml:mi>n</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula>. <inline-formula id="ieqn-37"><mml:math id="mml-ieqn-37"><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">&#x03A9;</mml:mi><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x03C4;</mml:mi><mml:mi>d</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula> and <inline-formula id="ieqn-38"><mml:math id="mml-ieqn-38"><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">&#x03A9;</mml:mi><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x03C4;</mml:mi><mml:mi>n</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula> are a portion of volume-constrained boundary <inline-formula id="ieqn-39"><mml:math id="mml-ieqn-39"><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">&#x03A9;</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>&#x03C4;</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula> that is a banded area surrounding the classical local boundary <inline-formula id="ieqn-40"><mml:math id="mml-ieqn-40"><mml:mi mathvariant="normal">&#x2202;</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">&#x03A9;</mml:mi></mml:math></inline-formula>. They satisfy <inline-formula id="ieqn-41"><mml:math id="mml-ieqn-41"><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">&#x03A9;</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>&#x03C4;</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">&#x03A9;</mml:mi><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x03C4;</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x222A;</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">&#x03A9;</mml:mi><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x03C4;</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula>. An explicit explanation can be acquired in the literature [<xref ref-type="bibr" rid="ref-21">21</xref>,<xref ref-type="bibr" rid="ref-36">36</xref>]. <inline-formula id="ieqn-42"><mml:math id="mml-ieqn-42"><mml:mi mathvariant="normal">&#x03A9;</mml:mi></mml:math></inline-formula>, <inline-formula id="ieqn-43"><mml:math id="mml-ieqn-43"><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">&#x03A9;</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>&#x03C4;</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula>, <inline-formula id="ieqn-44"><mml:math id="mml-ieqn-44"><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">&#x03A9;</mml:mi><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x03C4;</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula>, <inline-formula id="ieqn-45"><mml:math id="mml-ieqn-45"><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">&#x03A9;</mml:mi><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x03C4;</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula> and <inline-formula id="ieqn-46"><mml:math id="mml-ieqn-46"><mml:mi mathvariant="normal">&#x2202;</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">&#x03A9;</mml:mi></mml:math></inline-formula> are schematically explained in <xref ref-type="fig" rid="fig-1">Fig. 1</xref>. Incidentally, <inline-formula id="ieqn-47"><mml:math id="mml-ieqn-47"><mml:mi mathvariant="normal">&#x2202;</mml:mi><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">&#x03A9;</mml:mi><mml:mi>d</mml:mi></mml:msub></mml:math></inline-formula> is the classical local displacement boundary; <inline-formula id="ieqn-48"><mml:math id="mml-ieqn-48"><mml:mi mathvariant="normal">&#x2202;</mml:mi><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">&#x03A9;</mml:mi><mml:mi>n</mml:mi></mml:msub></mml:math></inline-formula> is the classical local force boundary. The nonlocal operators <inline-formula id="ieqn-49"><mml:math id="mml-ieqn-49"><mml:mrow><mml:mi>&#x0212C;</mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula>, <inline-formula id="ieqn-50"><mml:math id="mml-ieqn-50"><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>&#x0212C;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x2217;</mml:mo></mml:mrow></mml:msup></mml:math></inline-formula>, <inline-formula id="ieqn-51"><mml:math id="mml-ieqn-51"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>&#x0212C;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">&#x0393;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x2217;</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup></mml:math></inline-formula> and <inline-formula id="ieqn-52"><mml:math id="mml-ieqn-52"><mml:mrow><mml:mi>&#x02133;</mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula> in <xref ref-type="disp-formula" rid="eqn-1">Eq. (1)</xref> are defined as [<xref ref-type="bibr" rid="ref-36">36</xref>]</p>
<fig id="fig-1">
<label>Figure 1</label>
<caption>
<title>The diagram for volume-constrained boundary (color online)</title>
</caption>
<graphic mimetype="image" mime-subtype="tif" xlink:href="CMES_46770-fig-1.tif"/>
</fig>
<p><disp-formula id="eqn-2"><label>(2)</label><mml:math id="mml-eqn-2" display="block"><mml:mrow><mml:mi>&#x0212C;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">Q</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">x</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x2261;</mml:mo><mml:msub><mml:mo>&#x222B;</mml:mo><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">&#x03A9;</mml:mi><mml:mo>&#x222A;</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">&#x03A9;</mml:mi><mml:mi>&#x03C4;</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo>[</mml:mo><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">Q</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">x</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">y</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>+</mml:mo><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">Q</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">y</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">x</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x22C5;</mml:mo><mml:mi mathvariant="bold-italic">&#x03B2;</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">x</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">y</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>d</mml:mtext></mml:mrow></mml:mrow><mml:msub><mml:mi>V</mml:mi><mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">y</mml:mtext></mml:mrow></mml:mrow></mml:msub><mml:mspace width="2em" /><mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>for</mml:mtext></mml:mrow></mml:mrow><mml:mtext>&#xA0;</mml:mtext><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">x</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo>&#x2208;</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">&#x03A9;</mml:mi></mml:math></disp-formula>
<disp-formula id="eqn-3"><label>(3)</label><mml:math id="mml-eqn-3" display="block"><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>&#x0212C;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x2217;</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">P</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">x</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">y</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x2261;</mml:mo><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>[</mml:mo><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">P</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">y</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">P</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">x</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x2297;</mml:mo><mml:mi mathvariant="bold-italic">&#x03B2;</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">x</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">y</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mspace width="2em" /><mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>for</mml:mtext></mml:mrow></mml:mrow><mml:mtext>&#xA0;</mml:mtext><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">x</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">y</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo>&#x2208;</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">&#x03A9;</mml:mi><mml:mo>&#x222A;</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">&#x03A9;</mml:mi><mml:mi>&#x03C4;</mml:mi></mml:msub></mml:math></disp-formula>
<disp-formula id="eqn-4"><label>(4)</label><mml:math id="mml-eqn-4" display="block"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>&#x0212C;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">&#x0393;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x2217;</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">x</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x2261;</mml:mo><mml:msub><mml:mo>&#x222B;</mml:mo><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">&#x03A9;</mml:mi><mml:mo>&#x222A;</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">&#x03A9;</mml:mi><mml:mi>&#x03C4;</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:msub><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>&#x0212C;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x2217;</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">Q</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">x</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">y</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">&#x0393;</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">x</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">y</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>d</mml:mtext></mml:mrow></mml:mrow><mml:msub><mml:mi>V</mml:mi><mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">y</mml:mtext></mml:mrow></mml:mrow></mml:msub><mml:mspace width="2em" /><mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>for</mml:mtext></mml:mrow></mml:mrow><mml:mtext>&#xA0;</mml:mtext><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">x</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo>&#x2208;</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">&#x03A9;</mml:mi><mml:mo>&#x222A;</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">&#x03A9;</mml:mi><mml:mi>&#x03C4;</mml:mi></mml:msub></mml:math></disp-formula>
<disp-formula id="eqn-5"><label>(5)</label><mml:math id="mml-eqn-5" display="block"><mml:mrow><mml:mi>&#x02133;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">Q</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">x</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x2261;</mml:mo><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:msub><mml:mo>&#x222B;</mml:mo><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">&#x03A9;</mml:mi><mml:mo>&#x222A;</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">&#x03A9;</mml:mi><mml:mi>&#x03C4;</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo>[</mml:mo><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">Q</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">x</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">y</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>+</mml:mo><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">Q</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">y</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">x</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x22C5;</mml:mo><mml:mi mathvariant="bold-italic">&#x03B2;</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">x</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">y</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>d</mml:mtext></mml:mrow></mml:mrow><mml:msub><mml:mi>V</mml:mi><mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">y</mml:mtext></mml:mrow></mml:mrow></mml:msub><mml:mspace width="2em" /><mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>for</mml:mtext></mml:mrow></mml:mrow><mml:mtext>&#xA0;</mml:mtext><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">x</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo>&#x2208;</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">&#x03A9;</mml:mi><mml:mi>&#x03C4;</mml:mi></mml:msub></mml:math></disp-formula>in which <inline-formula id="ieqn-53"><mml:math id="mml-ieqn-53"><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">Q</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">x</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">y</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula> is a tensor function between point <inline-formula id="ieqn-54"><mml:math id="mml-ieqn-54"><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">x</mml:mtext></mml:mrow></mml:math></inline-formula> and point <inline-formula id="ieqn-55"><mml:math id="mml-ieqn-55"><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">y</mml:mtext></mml:mrow></mml:math></inline-formula>; <inline-formula id="ieqn-56"><mml:math id="mml-ieqn-56"><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">P</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">y</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula> is a vector function of point <inline-formula id="ieqn-57"><mml:math id="mml-ieqn-57"><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">y</mml:mtext></mml:mrow></mml:math></inline-formula>. <inline-formula id="ieqn-58"><mml:math id="mml-ieqn-58"><mml:mi mathvariant="bold-italic">&#x03B2;</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">x</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">y</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula> is given as follows:
<disp-formula id="eqn-6"><label>(6)</label><mml:math id="mml-eqn-6" display="block"><mml:mi mathvariant="bold-italic">&#x03B2;</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">x</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">y</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">x</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">y</mml:mtext></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>|</mml:mo><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">y</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">x</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo>|</mml:mo></mml:mrow></mml:mfrac></mml:math></disp-formula></p>
<p><inline-formula id="ieqn-59"><mml:math id="mml-ieqn-59"><mml:mi mathvariant="normal">&#x0393;</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">x</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">y</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula> in <xref ref-type="disp-formula" rid="eqn-1">Eqs. (1)</xref> and <xref ref-type="disp-formula" rid="eqn-4">(4)</xref> is related to the nonlocal weighting function <inline-formula id="ieqn-60"><mml:math id="mml-ieqn-60"><mml:mi>&#x03D6;</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">x</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">y</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula> in <xref ref-type="disp-formula" rid="eqn-1">Eq. (1)</xref>:
<disp-formula id="eqn-7"><label>(7)</label><mml:math id="mml-eqn-7" display="block"><mml:mi mathvariant="normal">&#x0393;</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">x</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">y</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>|</mml:mo><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">y</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">x</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo>|</mml:mo></mml:mrow><mml:mi>&#x03D6;</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">x</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">y</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x03C8;</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">x</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:mfrac></mml:math></disp-formula>in which <inline-formula id="ieqn-61"><mml:math id="mml-ieqn-61"><mml:mi>&#x03C8;</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">x</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula> is dependent on the material parameters <inline-formula id="ieqn-62"><mml:math id="mml-ieqn-62"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">&#x03C6;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">x</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula> and <inline-formula id="ieqn-63"><mml:math id="mml-ieqn-63"><mml:mrow><mml:mi>&#x03C7;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">x</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula>. In the three dimensional problem, material parameters <inline-formula id="ieqn-64"><mml:math id="mml-ieqn-64"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">&#x03C6;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">x</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula> and <inline-formula id="ieqn-65"><mml:math id="mml-ieqn-65"><mml:mrow><mml:mi>&#x03C7;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">x</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula> in <xref ref-type="disp-formula" rid="eqn-1">Eq. (1)</xref> are expressed as
<disp-formula id="eqn-8"><label>(8)</label><mml:math id="mml-eqn-8" display="block"><mml:mi>&#x03C7;</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">x</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi>&#x03BA;</mml:mi><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">&#x03C6;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">x</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mi>&#x03C8;</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">x</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mfrac><mml:mspace width="2em" /><mml:mspace width="2em" /><mml:mi>&#x03C8;</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">x</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mn>1</mml:mn><mml:mn>3</mml:mn></mml:mfrac><mml:mover><mml:mi>m</mml:mi><mml:mo accent="false">&#x00AF;</mml:mo></mml:mover><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">x</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mspace width="2em" /><mml:mspace width="2em" /><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">&#x03C6;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">x</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>15</mml:mn><mml:mi>&#x03BC;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mover><mml:mi>m</mml:mi><mml:mo accent="false">&#x00AF;</mml:mo></mml:mover><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">x</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:mfrac></mml:math></disp-formula>where <inline-formula id="ieqn-66"><mml:math id="mml-ieqn-66"><mml:mi>&#x03BC;</mml:mi></mml:math></inline-formula> denotes shear modulus; <inline-formula id="ieqn-67"><mml:math id="mml-ieqn-67"><mml:mi>&#x03BA;</mml:mi></mml:math></inline-formula> denotes bulk modulus; and <inline-formula id="ieqn-68"><mml:math id="mml-ieqn-68"><mml:mover><mml:mi>m</mml:mi><mml:mo accent="false">&#x00AF;</mml:mo></mml:mover></mml:math></inline-formula> is
<disp-formula id="eqn-9"><label>(9)</label><mml:math id="mml-eqn-9" display="block"><mml:mrow><mml:mover accent='true'><mml:mi>m</mml:mi><mml:mo>&#x00AF;</mml:mo></mml:mover><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mtext>x</mml:mtext><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mstyle displaystyle='true'><mml:mrow><mml:msub><mml:mo>&#x222B;</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>&#x03A9;</mml:mi><mml:mo>&#x222A;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>&#x03A9;</mml:mi><mml:mi>&#x03C4;</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>|</mml:mo> <mml:mrow><mml:mi>y</mml:mi><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow> <mml:mo>|</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:mrow></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup><mml:mi>&#x03D6;</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>y</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi><mml:msub><mml:mi>V</mml:mi><mml:mi>y</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:math></disp-formula></p>
<p>For the two-dimensional problem, material parameters <inline-formula id="ieqn-69"><mml:math id="mml-ieqn-69"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">&#x03C6;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">x</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula> and <inline-formula id="ieqn-70"><mml:math id="mml-ieqn-70"><mml:mrow><mml:mi>&#x03C7;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">x</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula> in <xref ref-type="disp-formula" rid="eqn-1">Eq. (1)</xref> are expressed as
<disp-formula id="eqn-10"><label>(10)</label><mml:math id="mml-eqn-10" display="block"><mml:mrow><mml:mi>&#x03C7;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">x</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi>&#x03BA;</mml:mi><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">&#x03C6;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">x</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mi>&#x03C8;</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">x</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mfrac><mml:mspace width="2em" /><mml:mspace width="2em" /><mml:mi>&#x03C8;</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">x</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mn>1</mml:mn><mml:mn>2</mml:mn></mml:mfrac><mml:mover><mml:mi>m</mml:mi><mml:mo accent="false">&#x00AF;</mml:mo></mml:mover><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">x</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mspace width="2em" /><mml:mspace width="2em" /><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">&#x03C6;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">x</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>8</mml:mn><mml:mi>&#x03BC;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mover><mml:mi>m</mml:mi><mml:mo accent="false">&#x00AF;</mml:mo></mml:mover><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">x</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:mfrac></mml:math></disp-formula></p>
<p>It is noteworthy that the literature [<xref ref-type="bibr" rid="ref-5">5</xref>,<xref ref-type="bibr" rid="ref-43">43</xref>] also give the similar nonlocal operators. The connection of both nonlocal operators is in <xref ref-type="sec" rid="s6">Appendix A</xref>.</p>
<p>Stemming from simplifying form, we introduce the following notations:
<disp-formula id="eqn-11"><label>(11)</label><mml:math id="mml-eqn-11" display="block"><mml:mrow><mml:mi>&#x1D4A2;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">u</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">x</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>&#x0212C;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">&#x03C6;</mml:mi></mml:mrow><mml:mi>&#x03D6;</mml:mi><mml:msup><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>&#x0212C;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x2217;</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">u</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>T</mml:mtext></mml:mrow></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">&#x0393;</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>&#x03C7;</mml:mi></mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x1D4AF;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>r</mml:mtext></mml:mrow></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>&#x0212C;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">&#x0393;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x2217;</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">u</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">I</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">x</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></disp-formula>
<disp-formula id="eqn-12"><label>(12)</label><mml:math id="mml-eqn-12" display="block"><mml:mrow><mml:mi>&#x02133;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">u</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">x</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>&#x02133;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">&#x03C6;</mml:mi></mml:mrow><mml:mi>&#x03D6;</mml:mi><mml:msup><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>&#x0212C;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x2217;</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">u</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>T</mml:mtext></mml:mrow></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">&#x0393;</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>&#x03C7;</mml:mi></mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x1D4AF;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>r</mml:mtext></mml:mrow></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>&#x0212C;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">&#x0393;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x2217;</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">u</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">I</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">x</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></disp-formula></p>
<p>For two instances with different body forces and boundary constraints, <xref ref-type="disp-formula" rid="eqn-1">Eq. (1)</xref> can be rewritten as
<disp-formula id="eqn-13"><label>(13)</label><mml:math id="mml-eqn-13" display="block"><mml:mi>I</mml:mi><mml:mi>n</mml:mi><mml:mi>s</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi><mml:mi>a</mml:mi><mml:mi>n</mml:mi><mml:mi>c</mml:mi><mml:mi>e</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>:</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>{</mml:mo><mml:mtable columnalign="left left" rowspacing="4pt" columnspacing="1em"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:mi>&#x1D4A2;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">v</mml:mtext></mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">x</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">F</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>b1</mml:mtext></mml:mrow></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">x</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">0</mml:mtext></mml:mrow><mml:mspace width="2em" /></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:mtext>for</mml:mtext></mml:mrow><mml:mtext>&#xA0;</mml:mtext><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">x</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo>&#x2208;</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">&#x03A9;</mml:mi></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:msub><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">v</mml:mtext></mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">x</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">h</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>u1</mml:mtext></mml:mrow></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">x</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mspace width="2em" /></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:mtext>for</mml:mtext></mml:mrow><mml:mtext>&#xA0;</mml:mtext><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">x</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo>&#x2208;</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">&#x03A9;</mml:mi><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x03C4;</mml:mi><mml:mi>d</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:msub></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:mi>&#x02133;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">v</mml:mtext></mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">x</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">g</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x03C3;</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">x</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mspace width="2em" /></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:mtext>for</mml:mtext></mml:mrow><mml:mtext>&#xA0;</mml:mtext><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">x</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo>&#x2208;</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">&#x03A9;</mml:mi><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x03C4;</mml:mi><mml:mi>n</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:msub></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable><mml:mo fence="true" stretchy="true" symmetric="true"></mml:mo></mml:mrow></mml:math></disp-formula>
<disp-formula id="eqn-14"><label>(14)</label><mml:math id="mml-eqn-14" display="block"><mml:mi>I</mml:mi><mml:mi>n</mml:mi><mml:mi>s</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi><mml:mi>a</mml:mi><mml:mi>n</mml:mi><mml:mi>c</mml:mi><mml:mi>e</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn><mml:mo>:</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>{</mml:mo><mml:mtable columnalign="left left" rowspacing="4pt" columnspacing="1em"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:mi>&#x1D4A2;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">v</mml:mtext></mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">x</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">F</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>b2</mml:mtext></mml:mrow></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">x</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">0</mml:mtext></mml:mrow><mml:mspace width="2em" /></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:mtext>for</mml:mtext></mml:mrow><mml:mtext>&#xA0;</mml:mtext><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">x</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo>&#x2208;</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">&#x03A9;</mml:mi></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:msub><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">v</mml:mtext></mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">x</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">h</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>u2</mml:mtext></mml:mrow></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">x</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mspace width="2em" /></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:mtext>for</mml:mtext></mml:mrow><mml:mtext>&#xA0;</mml:mtext><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">x</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo>&#x2208;</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">&#x03A9;</mml:mi><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x03C4;</mml:mi><mml:mi>d</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:msub></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:mi>&#x02133;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">v</mml:mtext></mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">x</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">g</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x03C3;</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">x</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mspace width="2em" /></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:mtext>for</mml:mtext></mml:mrow><mml:mtext>&#xA0;</mml:mtext><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">x</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo>&#x2208;</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">&#x03A9;</mml:mi><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x03C4;</mml:mi><mml:mi>n</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:msub></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable><mml:mo fence="true" stretchy="true" symmetric="true"></mml:mo></mml:mrow></mml:math></disp-formula></p>
<p>Following the derivations of the reciprocal theorem of the BBPD in [<xref ref-type="bibr" rid="ref-21">21</xref>], we can obtain the reciprocal theorem for OSPD
<disp-formula id="eqn-15"><label>(15)</label><mml:math id="mml-eqn-15" display="block"><mml:mtable columnalign="right left right left right left right left right left right left" rowspacing="3pt" columnspacing="0em 2em 0em 2em 0em 2em 0em 2em 0em 2em 0em" displaystyle="true"><mml:mtr><mml:mtd /><mml:mtd><mml:mi></mml:mi><mml:msub><mml:mo>&#x222B;</mml:mo><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">&#x03A9;</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">v</mml:mtext></mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">x</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x22C5;</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>&#x1D4A2;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">v</mml:mtext></mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">x</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>d</mml:mtext></mml:mrow></mml:mrow><mml:msub><mml:mi>V</mml:mi><mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">x</mml:mtext></mml:mrow></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:msub><mml:mo>&#x222B;</mml:mo><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">&#x03A9;</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">v</mml:mtext></mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">x</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x22C5;</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>&#x1D4A2;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">v</mml:mtext></mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">x</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>d</mml:mtext></mml:mrow></mml:mrow><mml:msub><mml:mi>V</mml:mi><mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">x</mml:mtext></mml:mrow></mml:mrow></mml:msub></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mo>=</mml:mo></mml:mtd><mml:mtd><mml:mi></mml:mi><mml:msub><mml:mo>&#x222B;</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">&#x03A9;</mml:mi><mml:mi>&#x03C4;</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">v</mml:mtext></mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">x</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x22C5;</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>&#x02133;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">v</mml:mtext></mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">x</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>d</mml:mtext></mml:mrow></mml:mrow><mml:msub><mml:mi>V</mml:mi><mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">x</mml:mtext></mml:mrow></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:msub><mml:mo>&#x222B;</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">&#x03A9;</mml:mi><mml:mi>&#x03C4;</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">v</mml:mtext></mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">x</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x22C5;</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>&#x02133;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">v</mml:mtext></mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">x</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>d</mml:mtext></mml:mrow></mml:mrow><mml:msub><mml:mi>V</mml:mi><mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">x</mml:mtext></mml:mrow></mml:mrow></mml:msub></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>whose form is consistent with that of bond-based PD except for the operators defined in <xref ref-type="disp-formula" rid="eqn-13">Eqs. (13)</xref> and <xref ref-type="disp-formula" rid="eqn-14">(14)</xref>. The integrals on the left side and right one respectively denote internal integrals and volume-constrained boundary integrals. One can find that the boundary integrals are also volume integrals, which deprives the advantage of the dimensionality reduction for the BEM. Thus we introduce an extra condition to the volume-constrained boundary, which converts the integral on the right side of <xref ref-type="disp-formula" rid="eqn-15">Eq. (15)</xref> from the one in the volume-constrained boundary to the one on the local boundary. The equivalency relationship to transform the integral in volume-constrained boundary <inline-formula id="ieqn-71"><mml:math id="mml-ieqn-71"><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">&#x03A9;</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>&#x03C4;</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula> into the one on local boundary <inline-formula id="ieqn-72"><mml:math id="mml-ieqn-72"><mml:mi mathvariant="normal">&#x2202;</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">&#x03A9;</mml:mi></mml:math></inline-formula> is
<disp-formula id="eqn-16"><label>(16)</label><mml:math id="mml-eqn-16" display="block"><mml:msub><mml:mo>&#x222B;</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">&#x03A9;</mml:mi><mml:mi>&#x03C4;</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">u</mml:mtext></mml:mrow><mml:mi>s</mml:mi></mml:msub><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">x</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x22C5;</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>&#x02133;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">u</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">x</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>d</mml:mtext></mml:mrow></mml:mrow><mml:msub><mml:mi>V</mml:mi><mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">x</mml:mtext></mml:mrow></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mo>&#x222B;</mml:mo><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">&#x2202;</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">&#x03A9;</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">u</mml:mtext></mml:mrow><mml:mi>s</mml:mi></mml:msub><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">x</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x22C5;</mml:mo><mml:mover><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">T</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo accent="false">&#x00AF;</mml:mo></mml:mover><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">u</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">x</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">n</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>d</mml:mtext></mml:mrow></mml:mrow><mml:msub><mml:mi>V</mml:mi><mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">x</mml:mtext></mml:mrow></mml:mrow></mml:msub></mml:math></disp-formula>where <inline-formula id="ieqn-73"><mml:math id="mml-ieqn-73"><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">u</mml:mtext></mml:mrow></mml:math></inline-formula> is authentic displacement state, it meets <xref ref-type="disp-formula" rid="eqn-1">Eq. (1)</xref>. <inline-formula id="ieqn-74"><mml:math id="mml-ieqn-74"><mml:msub><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">u</mml:mtext></mml:mrow><mml:mi>s</mml:mi></mml:msub></mml:math></inline-formula> is a possible displacement state, it satisfies displacement constraint in <xref ref-type="disp-formula" rid="eqn-1">Eq. (1)</xref>:
<disp-formula id="eqn-17"><label>(17)</label><mml:math id="mml-eqn-17" display="block"><mml:msub><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">u</mml:mtext></mml:mrow><mml:mi>s</mml:mi></mml:msub><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">x</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">h</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>u</mml:mtext></mml:mrow></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">x</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mspace width="2em" /><mml:mrow><mml:mtext>for</mml:mtext></mml:mrow><mml:mtext>&#xA0;</mml:mtext><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">x</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo>&#x2208;</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">&#x03A9;</mml:mi><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x03C4;</mml:mi><mml:mi>d</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:msub></mml:math></disp-formula></p>
<p><inline-formula id="ieqn-75"><mml:math id="mml-ieqn-75"><mml:mover><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">T</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo accent="false">&#x00AF;</mml:mo></mml:mover></mml:math></inline-formula> is the PD force flux vector operator [<xref ref-type="bibr" rid="ref-44">44</xref>,<xref ref-type="bibr" rid="ref-45">45</xref>], and <inline-formula id="ieqn-76"><mml:math id="mml-ieqn-76"><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">n</mml:mtext></mml:mrow></mml:math></inline-formula> denotes the outward-directed unit normal vector for the point <inline-formula id="ieqn-77"><mml:math id="mml-ieqn-77"><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">x</mml:mtext></mml:mrow></mml:math></inline-formula> that is located on the classical local boundary <inline-formula id="ieqn-78"><mml:math id="mml-ieqn-78"><mml:mi mathvariant="normal">&#x2202;</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">&#x03A9;</mml:mi></mml:math></inline-formula>. <inline-formula id="ieqn-79"><mml:math id="mml-ieqn-79"><mml:mover><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">T</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo accent="false">&#x00AF;</mml:mo></mml:mover><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">v</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">x</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">n</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula> represents the PD force flux vector of the deformed state <inline-formula id="ieqn-80"><mml:math id="mml-ieqn-80"><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">v</mml:mtext></mml:mrow></mml:math></inline-formula> for the point <inline-formula id="ieqn-81"><mml:math id="mml-ieqn-81"><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">x</mml:mtext></mml:mrow></mml:math></inline-formula> in direction <inline-formula id="ieqn-82"><mml:math id="mml-ieqn-82"><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">n</mml:mtext></mml:mrow></mml:math></inline-formula>, which is defined as follows [<xref ref-type="bibr" rid="ref-44">44</xref>]:
<disp-formula id="eqn-18"><label>(18)</label><mml:math id="mml-eqn-18" display="block"><mml:mover><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">T</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo accent="false">&#x00AF;</mml:mo></mml:mover><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">v</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">x</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">n</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mn>1</mml:mn><mml:mn>2</mml:mn></mml:mfrac><mml:msub><mml:mo>&#x222B;</mml:mo><mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x1D4AA;</mml:mi></mml:mrow></mml:mrow></mml:msub><mml:msubsup><mml:mo>&#x222B;</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">&#x221E;</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msubsup><mml:mo>&#x222B;</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">&#x221E;</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msup><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi>y</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>z</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">f</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">x</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>y</mml:mi><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">k</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">v</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">x</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>y</mml:mi><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">k</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">x</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mi>z</mml:mi><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">k</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">v</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">x</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mi>z</mml:mi><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">k</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x2297;</mml:mo><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">k</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo>&#x22C5;</mml:mo><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">n</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>d</mml:mtext></mml:mrow></mml:mrow><mml:mi>z</mml:mi><mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>d</mml:mtext></mml:mrow></mml:mrow><mml:mi>y</mml:mi><mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>d</mml:mtext></mml:mrow></mml:mrow><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">&#x03A9;</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>m</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math></disp-formula>where <inline-formula id="ieqn-83"><mml:math id="mml-ieqn-83"><mml:mrow><mml:mi>&#x1D4AA;</mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula> denotes unit spherical surface; <inline-formula id="ieqn-84"><mml:math id="mml-ieqn-84"><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">k</mml:mtext></mml:mrow></mml:math></inline-formula> denotes unit normal vector of the unit spherical surface <inline-formula id="ieqn-85"><mml:math id="mml-ieqn-85"><mml:mrow><mml:mi>&#x1D4AA;</mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula>; <inline-formula id="ieqn-86"><mml:math id="mml-ieqn-86"><mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>d</mml:mtext></mml:mrow></mml:mrow><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">&#x03A9;</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>m</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula> is differential solid angle on the surface <inline-formula id="ieqn-87"><mml:math id="mml-ieqn-87"><mml:mrow><mml:mi>&#x1D4AA;</mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula> in direction <inline-formula id="ieqn-88"><mml:math id="mml-ieqn-88"><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">k</mml:mtext></mml:mrow></mml:math></inline-formula>. <inline-formula id="ieqn-89"><mml:math id="mml-ieqn-89"><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">f</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">x</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>y</mml:mi><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">k</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">v</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">x</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>y</mml:mi><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">k</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">x</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mi>z</mml:mi><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">k</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">v</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">x</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mi>z</mml:mi><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">k</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula> denotes response function between point <inline-formula id="ieqn-90"><mml:math id="mml-ieqn-90"><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">x</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>y</mml:mi><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">k</mml:mtext></mml:mrow></mml:math></inline-formula> and point <inline-formula id="ieqn-91"><mml:math id="mml-ieqn-91"><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">x</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mi>z</mml:mi><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">k</mml:mtext></mml:mrow></mml:math></inline-formula> [<xref ref-type="bibr" rid="ref-34">34</xref>], which is given as follows:
<disp-formula id="eqn-19"><label>(19)</label><mml:math id="mml-eqn-19" display="block"><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">f</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">x</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>y</mml:mi><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">k</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">v</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">x</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>y</mml:mi><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">k</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">x</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mi>z</mml:mi><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">k</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">v</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">x</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mi>z</mml:mi><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">k</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">K</mml:mtext></mml:mrow><mml:mi>c</mml:mi></mml:msub><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">x</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>y</mml:mi><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">k</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">x</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mi>z</mml:mi><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">k</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x22C5;</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">v</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">x</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mi>z</mml:mi><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">k</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">v</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">x</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>y</mml:mi><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">k</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></disp-formula>where <inline-formula id="ieqn-92"><mml:math id="mml-ieqn-92"><mml:msub><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">K</mml:mtext></mml:mrow><mml:mi>c</mml:mi></mml:msub><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">x</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>y</mml:mi><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">k</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">x</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mi>z</mml:mi><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">k</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula> is the micromodulus tensor for the linear elastic OSPD [<xref ref-type="bibr" rid="ref-34">34</xref>]. We know that <inline-formula id="ieqn-93"><mml:math id="mml-ieqn-93"><mml:mrow><mml:mi>&#x02133;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">v</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">x</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula> on left side of <xref ref-type="disp-formula" rid="eqn-16">Eq. (16)</xref> is analogous to body force density in <inline-formula id="ieqn-94"><mml:math id="mml-ieqn-94"><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">&#x03A9;</mml:mi><mml:mi>&#x03C4;</mml:mi></mml:msub></mml:math></inline-formula>, and <inline-formula id="ieqn-95"><mml:math id="mml-ieqn-95"><mml:mover><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">T</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo accent="false">&#x00AF;</mml:mo></mml:mover><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">v</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">x</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">n</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula> on right side of <xref ref-type="disp-formula" rid="eqn-16">Eq. (16)</xref> is analogous to surface traction on <inline-formula id="ieqn-96"><mml:math id="mml-ieqn-96"><mml:mi mathvariant="normal">&#x2202;</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">&#x03A9;</mml:mi></mml:math></inline-formula>. As a result, the equivalency relationship in <xref ref-type="disp-formula" rid="eqn-16">Eq. (16)</xref> is perceived as a virtual work principle that is connected with possible deformed state <inline-formula id="ieqn-97"><mml:math id="mml-ieqn-97"><mml:msub><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">u</mml:mtext></mml:mrow><mml:mi>s</mml:mi></mml:msub></mml:math></inline-formula>. Applying <inline-formula id="ieqn-98"><mml:math id="mml-ieqn-98"><mml:msub><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">u</mml:mtext></mml:mrow><mml:mi>s</mml:mi></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">v</mml:mtext></mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">u</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">v</mml:mtext></mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub></mml:math></inline-formula> and <inline-formula id="ieqn-99"><mml:math id="mml-ieqn-99"><mml:msub><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">u</mml:mtext></mml:mrow><mml:mi>s</mml:mi></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">v</mml:mtext></mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">u</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">v</mml:mtext></mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub></mml:math></inline-formula> to <xref ref-type="disp-formula" rid="eqn-16">Eq. (16)</xref> respectively, one can obtain the following two equations:
<disp-formula id="eqn-20"><label>(20)</label><mml:math id="mml-eqn-20" display="block"><mml:msub><mml:mo>&#x222B;</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">&#x03A9;</mml:mi><mml:mi>&#x03C4;</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">v</mml:mtext></mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">x</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x22C5;</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>&#x02133;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">v</mml:mtext></mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">x</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>d</mml:mtext></mml:mrow></mml:mrow><mml:msub><mml:mi>V</mml:mi><mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">x</mml:mtext></mml:mrow></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mo>&#x222B;</mml:mo><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">&#x2202;</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">&#x03A9;</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">v</mml:mtext></mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">x</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x22C5;</mml:mo><mml:mover><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">T</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo accent="false">&#x00AF;</mml:mo></mml:mover><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">v</mml:mtext></mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">x</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">n</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>d</mml:mtext></mml:mrow></mml:mrow><mml:msub><mml:mi>V</mml:mi><mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">x</mml:mtext></mml:mrow></mml:mrow></mml:msub></mml:math></disp-formula>
<disp-formula id="eqn-21"><label>(21)</label><mml:math id="mml-eqn-21" display="block"><mml:msub><mml:mo>&#x222B;</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">&#x03A9;</mml:mi><mml:mi>&#x03C4;</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">v</mml:mtext></mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">x</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x22C5;</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>&#x02133;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">v</mml:mtext></mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">x</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>d</mml:mtext></mml:mrow></mml:mrow><mml:msub><mml:mi>V</mml:mi><mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">x</mml:mtext></mml:mrow></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mo>&#x222B;</mml:mo><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">&#x2202;</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">&#x03A9;</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">v</mml:mtext></mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">x</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x22C5;</mml:mo><mml:mover><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">T</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo accent="false">&#x00AF;</mml:mo></mml:mover><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">v</mml:mtext></mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">x</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">n</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>d</mml:mtext></mml:mrow></mml:mrow><mml:msub><mml:mi>V</mml:mi><mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">x</mml:mtext></mml:mrow></mml:mrow></mml:msub></mml:math></disp-formula></p>
<p>Substituting <xref ref-type="disp-formula" rid="eqn-20">Eqs. (20)</xref> and <xref ref-type="disp-formula" rid="eqn-21">(21)</xref> into <xref ref-type="disp-formula" rid="eqn-15">Eq. (15)</xref>, the reciprocal theorem is rewritten as
<disp-formula id="eqn-22"><label>(22)</label><mml:math id="mml-eqn-22" display="block"><mml:mtable columnalign="right left right left right left right left right left right left" rowspacing="3pt" columnspacing="0em 2em 0em 2em 0em 2em 0em 2em 0em 2em 0em" displaystyle="true"><mml:mtr><mml:mtd /><mml:mtd><mml:mi></mml:mi><mml:msub><mml:mo>&#x222B;</mml:mo><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">&#x03A9;</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">v</mml:mtext></mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">x</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x22C5;</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>&#x1D4A2;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">v</mml:mtext></mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">x</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>d</mml:mtext></mml:mrow></mml:mrow><mml:msub><mml:mi>V</mml:mi><mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">x</mml:mtext></mml:mrow></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:msub><mml:mo>&#x222B;</mml:mo><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">&#x03A9;</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">v</mml:mtext></mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">x</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x22C5;</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>&#x1D4A2;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">v</mml:mtext></mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">x</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>d</mml:mtext></mml:mrow></mml:mrow><mml:msub><mml:mi>V</mml:mi><mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">x</mml:mtext></mml:mrow></mml:mrow></mml:msub></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mo>=</mml:mo></mml:mtd><mml:mtd><mml:mi></mml:mi><mml:msub><mml:mo>&#x222B;</mml:mo><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">&#x2202;</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">&#x03A9;</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">v</mml:mtext></mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">x</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x22C5;</mml:mo><mml:mover><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">T</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo accent="false">&#x00AF;</mml:mo></mml:mover><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">v</mml:mtext></mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">x</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">n</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">v</mml:mtext></mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">x</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x22C5;</mml:mo><mml:mover><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">T</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo accent="false">&#x00AF;</mml:mo></mml:mover><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">v</mml:mtext></mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">x</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">n</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>d</mml:mtext></mml:mrow></mml:mrow><mml:msub><mml:mi>V</mml:mi><mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">x</mml:mtext></mml:mrow></mml:mrow></mml:msub></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>which builds up a connection between internal integrals and classical boundary integrals, and is a precondition of BIE that will be derived as follows.</p>
<p>Imitating opinion in traditional BEM [<xref ref-type="bibr" rid="ref-46">46</xref>]. We take into account <inline-formula id="ieqn-100"><mml:math id="mml-ieqn-100"><mml:mi>P</mml:mi><mml:mi>r</mml:mi><mml:mi>o</mml:mi><mml:mi>b</mml:mi><mml:mi>l</mml:mi><mml:mi>e</mml:mi><mml:mi>m</mml:mi><mml:mtext>&#x00A0;&#x00A0;</mml:mtext><mml:mn>1</mml:mn></mml:math></inline-formula> corresponding to the actual problem in the reciprocal theorem, and <inline-formula id="ieqn-101"><mml:math id="mml-ieqn-101"><mml:mi>P</mml:mi><mml:mi>r</mml:mi><mml:mi>o</mml:mi><mml:mi>b</mml:mi><mml:mi>l</mml:mi><mml:mi>e</mml:mi><mml:mi>m</mml:mi><mml:mtext>&#x00A0;&#x00A0;</mml:mtext><mml:mn>2</mml:mn></mml:math></inline-formula> denotes infinite domain Green&#x2019;s function <inline-formula id="ieqn-102"><mml:math id="mml-ieqn-102"><mml:msub><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">u</mml:mtext></mml:mrow><mml:mi>G</mml:mi></mml:msub></mml:math></inline-formula> [<xref ref-type="bibr" rid="ref-35">35</xref>], Then, based on the <xref ref-type="disp-formula" rid="eqn-1">Eq. (1)</xref>, equilibrium equations corresponding to <inline-formula id="ieqn-103"><mml:math id="mml-ieqn-103"><mml:mi>P</mml:mi><mml:mi>r</mml:mi><mml:mi>o</mml:mi><mml:mi>b</mml:mi><mml:mi>l</mml:mi><mml:mi>e</mml:mi><mml:mi>m</mml:mi><mml:mtext>&#x00A0;&#x00A0;</mml:mtext><mml:mn>1</mml:mn></mml:math></inline-formula> and <inline-formula id="ieqn-104"><mml:math id="mml-ieqn-104"><mml:mi>P</mml:mi><mml:mi>r</mml:mi><mml:mi>o</mml:mi><mml:mi>b</mml:mi><mml:mi>l</mml:mi><mml:mi>e</mml:mi><mml:mi>m</mml:mi><mml:mtext>&#x00A0;&#x00A0;</mml:mtext><mml:mn>2</mml:mn></mml:math></inline-formula> are respectively described as
<disp-formula id="eqn-23"><label>(23)</label><mml:math id="mml-eqn-23" display="block"><mml:mrow><mml:mtext>Problem 1</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo>:</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>{</mml:mo><mml:mtable columnalign="left left" rowspacing="4pt" columnspacing="1em"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:mi>&#x1D4A2;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">u</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">x</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">F</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>b</mml:mtext></mml:mrow></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">x</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">0</mml:mtext></mml:mrow><mml:mspace width="2em" /></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:mtext>for</mml:mtext></mml:mrow><mml:mtext>&#x00A0;</mml:mtext><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">x</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo>&#x2208;</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">&#x03A9;</mml:mi></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">u</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">x</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">h</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>u</mml:mtext></mml:mrow></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">x</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mspace width="2em" /></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:mtext>for</mml:mtext></mml:mrow><mml:mtext>&#x00A0;</mml:mtext><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">x</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo>&#x2208;</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">&#x03A9;</mml:mi><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x03C4;</mml:mi><mml:mi>d</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:msub></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:mi>&#x02133;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">u</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">x</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">g</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x03C3;</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">x</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mspace width="2em" /></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:mtext>for</mml:mtext></mml:mrow><mml:mtext>&#x00A0;</mml:mtext><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">x</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo>&#x2208;</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">&#x03A9;</mml:mi><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x03C4;</mml:mi><mml:mi>n</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:msub></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable><mml:mo fence="true" stretchy="true" symmetric="true"></mml:mo></mml:mrow></mml:math></disp-formula>
<disp-formula id="eqn-24"><label>(24)</label><mml:math id="mml-eqn-24" display="block"><mml:mrow><mml:mtext>Problem 2</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo>:</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>{</mml:mo><mml:mtable columnalign="left left" rowspacing="4pt" columnspacing="1em"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:mi>&#x1D4A2;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">u</mml:mtext></mml:mrow><mml:mi>G</mml:mi></mml:msub><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">x</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:msub><mml:mover><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">x</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo accent="false">&#x00AF;</mml:mo></mml:mover><mml:mi>m</mml:mi></mml:msub><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">&#x039E;</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">x</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:msub><mml:mover><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">x</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo accent="false">&#x00AF;</mml:mo></mml:mover><mml:mi>m</mml:mi></mml:msub><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">E</mml:mtext></mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">0</mml:mtext></mml:mrow><mml:mspace width="2em" /></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:mtext>for</mml:mtext></mml:mrow><mml:mtext>&#x00A0;</mml:mtext><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">x</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo>&#x2208;</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">&#x03A9;</mml:mi></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:msub><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">u</mml:mtext></mml:mrow><mml:mi>G</mml:mi></mml:msub><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">x</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:msub><mml:mover><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">x</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo accent="false">&#x00AF;</mml:mo></mml:mover><mml:mi>m</mml:mi></mml:msub><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mover><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">u</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo accent="false">&#x00AF;</mml:mo></mml:mover><mml:mi>G</mml:mi></mml:msub><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">x</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:msub><mml:mover><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">x</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo accent="false">&#x00AF;</mml:mo></mml:mover><mml:mi>m</mml:mi></mml:msub><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mspace width="2em" /></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:mtext>for</mml:mtext></mml:mrow><mml:mtext>&#x00A0;</mml:mtext><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">x</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo>&#x2208;</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">&#x03A9;</mml:mi><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x03C4;</mml:mi><mml:mi>d</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:msub></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:mi>&#x02133;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">u</mml:mtext></mml:mrow><mml:mi>G</mml:mi></mml:msub><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">x</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:msub><mml:mover><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">x</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo accent="false">&#x00AF;</mml:mo></mml:mover><mml:mi>m</mml:mi></mml:msub><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>&#x02133;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:msub><mml:mover><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">u</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo accent="false">&#x00AF;</mml:mo></mml:mover><mml:mi>G</mml:mi></mml:msub><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">x</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:msub><mml:mover><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">x</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo accent="false">&#x00AF;</mml:mo></mml:mover><mml:mi>m</mml:mi></mml:msub><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mspace width="2em" /></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:mtext>for</mml:mtext></mml:mrow><mml:mtext>&#x00A0;</mml:mtext><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">x</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo>&#x2208;</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">&#x03A9;</mml:mi><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x03C4;</mml:mi><mml:mi>n</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:msub></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable><mml:mo fence="true" stretchy="true" symmetric="true"></mml:mo></mml:mrow></mml:math></disp-formula>where <inline-formula id="ieqn-105"><mml:math id="mml-ieqn-105"><mml:msub><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">E</mml:mtext></mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub></mml:math></inline-formula> denotes a coordinate axis vector. <inline-formula id="ieqn-106"><mml:math id="mml-ieqn-106"><mml:msub><mml:mover><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">u</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo accent="false">&#x00AF;</mml:mo></mml:mover><mml:mi>G</mml:mi></mml:msub></mml:math></inline-formula> meets
<disp-formula id="eqn-25"><label>(25)</label><mml:math id="mml-eqn-25" display="block"><mml:mtable columnalign="right left right left right left right left right left right left" rowspacing="3pt" columnspacing="0em 2em 0em 2em 0em 2em 0em 2em 0em 2em 0em" displaystyle="true"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:mi>&#x1D4A2;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:msub><mml:mover><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">u</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo accent="false">&#x00AF;</mml:mo></mml:mover><mml:mi>G</mml:mi></mml:msub><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">x</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:msub><mml:mover><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">x</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo accent="false">&#x00AF;</mml:mo></mml:mover><mml:mi>m</mml:mi></mml:msub><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">&#x039E;</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">x</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:msub><mml:mover><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">x</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo accent="false">&#x00AF;</mml:mo></mml:mover><mml:mi>m</mml:mi></mml:msub><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">E</mml:mtext></mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">0</mml:mtext></mml:mrow><mml:mspace width="2em" /><mml:mspace width="2em" /><mml:mspace width="2em" /><mml:mrow><mml:mtext>for</mml:mtext></mml:mrow><mml:mtext>&#x00A0;</mml:mtext><mml:msub><mml:mover><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">x</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo accent="false">&#x00AF;</mml:mo></mml:mover><mml:mi>m</mml:mi></mml:msub><mml:mo>&#x2208;</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">&#x03A9;</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">x</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo>&#x2208;</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="double-struck">R</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>{n}</mml:mtext></mml:mrow></mml:mrow></mml:msup></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>where <inline-formula id="ieqn-107"><mml:math id="mml-ieqn-107"><mml:mi mathvariant="normal">&#x039E;</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">x</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:msub><mml:mover><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">x</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo accent="false">&#x00AF;</mml:mo></mml:mover><mml:mi>m</mml:mi></mml:msub><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula> is Dirac function; <inline-formula id="ieqn-108"><mml:math id="mml-ieqn-108"><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="double-struck">R</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>n</mml:mtext></mml:mrow></mml:mrow></mml:msup></mml:math></inline-formula> dentes the <inline-formula id="ieqn-109"><mml:math id="mml-ieqn-109"><mml:mi mathvariant="normal">n</mml:mi></mml:math></inline-formula>-dimensional infinite Euclidean space. Substituting <inline-formula id="ieqn-110"><mml:math id="mml-ieqn-110"><mml:msub><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">v</mml:mtext></mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">u</mml:mtext></mml:mrow><mml:mi>G</mml:mi></mml:msub></mml:math></inline-formula> and <inline-formula id="ieqn-111"><mml:math id="mml-ieqn-111"><mml:msub><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">v</mml:mtext></mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">u</mml:mtext></mml:mrow></mml:math></inline-formula> into <xref ref-type="disp-formula" rid="eqn-22">Eq. (22)</xref>, we obtain
<disp-formula id="eqn-26"><label>(26)</label><mml:math id="mml-eqn-26" display="block"><mml:mtable columnalign="right left right left right left right left right left right left" rowspacing="3pt" columnspacing="0em 2em 0em 2em 0em 2em 0em 2em 0em 2em 0em" displaystyle="true"><mml:mtr><mml:mtd /><mml:mtd><mml:mi></mml:mi><mml:msub><mml:mo>&#x222B;</mml:mo><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">&#x03A9;</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">u</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">x</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x22C5;</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>&#x1D4A2;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">u</mml:mtext></mml:mrow><mml:mi>G</mml:mi></mml:msub><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">x</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:msub><mml:mover><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">x</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo accent="false">&#x00AF;</mml:mo></mml:mover><mml:mi>m</mml:mi></mml:msub><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>d</mml:mtext></mml:mrow></mml:mrow><mml:msub><mml:mi>V</mml:mi><mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">x</mml:mtext></mml:mrow></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:msub><mml:mo>&#x222B;</mml:mo><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">&#x03A9;</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">u</mml:mtext></mml:mrow><mml:mi>G</mml:mi></mml:msub><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">x</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:msub><mml:mover><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">x</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo accent="false">&#x00AF;</mml:mo></mml:mover><mml:mi>m</mml:mi></mml:msub><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x22C5;</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>&#x1D4A2;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">u</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">x</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>d</mml:mtext></mml:mrow></mml:mrow><mml:msub><mml:mi>V</mml:mi><mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">x</mml:mtext></mml:mrow></mml:mrow></mml:msub></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mo>=</mml:mo></mml:mtd><mml:mtd><mml:mi></mml:mi><mml:msub><mml:mo>&#x222B;</mml:mo><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">&#x2202;</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">&#x03A9;</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">u</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">x</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x22C5;</mml:mo><mml:mover><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">T</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo accent="false">&#x00AF;</mml:mo></mml:mover><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">u</mml:mtext></mml:mrow><mml:mi>G</mml:mi></mml:msub><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">x</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:msub><mml:mover><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">x</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo accent="false">&#x00AF;</mml:mo></mml:mover><mml:mi>m</mml:mi></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">n</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">u</mml:mtext></mml:mrow><mml:mi>G</mml:mi></mml:msub><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">x</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:msub><mml:mover><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">x</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo accent="false">&#x00AF;</mml:mo></mml:mover><mml:mi>m</mml:mi></mml:msub><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x22C5;</mml:mo><mml:mover><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">T</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo accent="false">&#x00AF;</mml:mo></mml:mover><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">u</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">x</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">n</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>d</mml:mtext></mml:mrow></mml:mrow><mml:msub><mml:mi>V</mml:mi><mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">x</mml:mtext></mml:mrow></mml:mrow></mml:msub></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula></p>
<p>Applying first equations for <xref ref-type="disp-formula" rid="eqn-23">Eqs. (23)</xref> and <xref ref-type="disp-formula" rid="eqn-24">(24)</xref> to <xref ref-type="disp-formula" rid="eqn-26">(26)</xref>, we obtain
<disp-formula id="eqn-27"><label>(27)</label><mml:math id="mml-eqn-27" display="block"><mml:mtable columnalign="right left right left right left right left right left right left" rowspacing="3pt" columnspacing="0em 2em 0em 2em 0em 2em 0em 2em 0em 2em 0em" displaystyle="true"><mml:mtr><mml:mtd /><mml:mtd><mml:mi></mml:mi><mml:msub><mml:mo>&#x222B;</mml:mo><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">&#x03A9;</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">u</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">x</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x22C5;</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">&#x039E;</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">x</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:msub><mml:mover><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">x</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo accent="false">&#x00AF;</mml:mo></mml:mover><mml:mi>m</mml:mi></mml:msub><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">E</mml:mtext></mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>d</mml:mtext></mml:mrow></mml:mrow><mml:msub><mml:mi>V</mml:mi><mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">x</mml:mtext></mml:mrow></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mo>&#x222B;</mml:mo><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">&#x03A9;</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">u</mml:mtext></mml:mrow><mml:mi>G</mml:mi></mml:msub><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">x</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:msub><mml:mover><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">x</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo accent="false">&#x00AF;</mml:mo></mml:mover><mml:mi>m</mml:mi></mml:msub><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x22C5;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">F</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>b</mml:mtext></mml:mrow></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">x</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>d</mml:mtext></mml:mrow></mml:mrow><mml:msub><mml:mi>V</mml:mi><mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">x</mml:mtext></mml:mrow></mml:mrow></mml:msub></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mo>=</mml:mo></mml:mtd><mml:mtd><mml:mi></mml:mi><mml:msub><mml:mo>&#x222B;</mml:mo><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">&#x2202;</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">&#x03A9;</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">u</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">x</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x22C5;</mml:mo><mml:mover><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">T</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo accent="false">&#x00AF;</mml:mo></mml:mover><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">u</mml:mtext></mml:mrow><mml:mi>G</mml:mi></mml:msub><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">x</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:msub><mml:mover><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">x</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo accent="false">&#x00AF;</mml:mo></mml:mover><mml:mi>m</mml:mi></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">n</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">u</mml:mtext></mml:mrow><mml:mi>G</mml:mi></mml:msub><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">x</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:msub><mml:mover><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">x</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo accent="false">&#x00AF;</mml:mo></mml:mover><mml:mi>m</mml:mi></mml:msub><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x22C5;</mml:mo><mml:mover><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">T</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo accent="false">&#x00AF;</mml:mo></mml:mover><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">u</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">x</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">n</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>d</mml:mtext></mml:mrow></mml:mrow><mml:msub><mml:mi>V</mml:mi><mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">x</mml:mtext></mml:mrow></mml:mrow></mml:msub></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula></p>
<p>Executing limit analysis <inline-formula id="ieqn-112"><mml:math id="mml-ieqn-112"><mml:msub><mml:mover><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">x</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo accent="false">&#x00AF;</mml:mo></mml:mover><mml:mi>m</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy="false">&#x2192;</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">&#x2202;</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">&#x03A9;</mml:mi></mml:math></inline-formula> concerning <xref ref-type="disp-formula" rid="eqn-27">Eq. (27)</xref> for acquiring BIE for the OSPD. This process is shown graphically in <xref ref-type="fig" rid="fig-2">Fig. 2</xref> in a two-dimensional problem, while the three-dimensional problem is similar. A detailed explanation is in the literature [<xref ref-type="bibr" rid="ref-21">21</xref>]. The result is displayed as follows:</p>
<fig id="fig-2">
<label>Figure 2</label>
<caption>
<title>The diagram for the boundary limit process [<xref ref-type="bibr" rid="ref-21">21</xref>] (color online)</title>
</caption>
<graphic mimetype="image" mime-subtype="tif" xlink:href="CMES_46770-fig-2.tif"/>
</fig>
<p><disp-formula id="eqn-28"><label>(28)</label><mml:math id="mml-eqn-28" display="block"><mml:mtable columnalign="right left right left right left right left right left right left" rowspacing="3pt" columnspacing="0em 2em 0em 2em 0em 2em 0em 2em 0em 2em 0em" displaystyle="true"><mml:mtr><mml:mtd /><mml:mtd><mml:mi></mml:mi><mml:munder><mml:mo movablelimits="true" form="prefix">lim</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>&#x03B5;</mml:mi><mml:mo stretchy="false">&#x2192;</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:munder><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:msub><mml:mo>&#x222B;</mml:mo><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">&#x03A9;</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">&#x03A9;</mml:mi><mml:mi>s</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">u</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">x</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x22C5;</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">&#x039E;</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">x</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:msub><mml:mover><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">x</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo accent="false">&#x00AF;</mml:mo></mml:mover><mml:mi>m</mml:mi></mml:msub><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">E</mml:mtext></mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>d</mml:mtext></mml:mrow></mml:mrow><mml:msub><mml:mi>V</mml:mi><mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">x</mml:mtext></mml:mrow></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mo>&#x222B;</mml:mo><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">&#x03A9;</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">&#x03A9;</mml:mi><mml:mi>s</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">u</mml:mtext></mml:mrow><mml:mi>G</mml:mi></mml:msub><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">x</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:msub><mml:mover><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">x</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo accent="false">&#x00AF;</mml:mo></mml:mover><mml:mi>m</mml:mi></mml:msub><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x22C5;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">F</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>b</mml:mtext></mml:mrow></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">x</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>d</mml:mtext></mml:mrow></mml:mrow><mml:msub><mml:mi>V</mml:mi><mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">x</mml:mtext></mml:mrow></mml:mrow></mml:msub></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd /><mml:mtd><mml:mi></mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:munder><mml:mo movablelimits="true" form="prefix">lim</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>&#x03B5;</mml:mi><mml:mo stretchy="false">&#x2192;</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:munder><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:msub><mml:mo>&#x222B;</mml:mo><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">&#x2202;</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">&#x03A9;</mml:mi><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mi>S</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">u</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">x</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x22C5;</mml:mo><mml:mover><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">T</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo accent="false">&#x00AF;</mml:mo></mml:mover><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">u</mml:mtext></mml:mrow><mml:mi>G</mml:mi></mml:msub><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">x</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:msub><mml:mover><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">x</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo accent="false">&#x00AF;</mml:mo></mml:mover><mml:mi>m</mml:mi></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">n</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">u</mml:mtext></mml:mrow><mml:mi>G</mml:mi></mml:msub><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">x</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:msub><mml:mover><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">x</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo accent="false">&#x00AF;</mml:mo></mml:mover><mml:mi>m</mml:mi></mml:msub><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x22C5;</mml:mo><mml:mover><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">T</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo accent="false">&#x00AF;</mml:mo></mml:mover><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">u</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">x</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">n</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>d</mml:mtext></mml:mrow></mml:mrow><mml:msub><mml:mi>V</mml:mi><mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">x</mml:mtext></mml:mrow></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd /><mml:mtd><mml:mi></mml:mi><mml:mspace width="1em" /><mml:mo>+</mml:mo><mml:munder><mml:mo movablelimits="true" form="prefix">lim</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>&#x03B5;</mml:mi><mml:mo stretchy="false">&#x2192;</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:munder><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:msub><mml:mo>&#x222B;</mml:mo><mml:mrow><mml:msup><mml:mi>S</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>+</mml:mo></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">u</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">x</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x22C5;</mml:mo><mml:mover><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">T</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo accent="false">&#x00AF;</mml:mo></mml:mover><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">u</mml:mtext></mml:mrow><mml:mi>G</mml:mi></mml:msub><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">x</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:msub><mml:mover><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">x</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo accent="false">&#x00AF;</mml:mo></mml:mover><mml:mi>m</mml:mi></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">n</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">u</mml:mtext></mml:mrow><mml:mi>G</mml:mi></mml:msub><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">x</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:msub><mml:mover><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">x</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo accent="false">&#x00AF;</mml:mo></mml:mover><mml:mi>m</mml:mi></mml:msub><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x22C5;</mml:mo><mml:mover><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">T</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo accent="false">&#x00AF;</mml:mo></mml:mover><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">u</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">x</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">n</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>d</mml:mtext></mml:mrow></mml:mrow><mml:msub><mml:mi>V</mml:mi><mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">x</mml:mtext></mml:mrow></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula></p>
<p>The result for the integral on left side of <xref ref-type="disp-formula" rid="eqn-28">Eq. (28)</xref> is <inline-formula id="ieqn-113"><mml:math id="mml-ieqn-113"><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">u</mml:mtext></mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:msub><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:msub><mml:mover><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">x</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo accent="false">&#x00AF;</mml:mo></mml:mover><mml:mi>m</mml:mi></mml:msub><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula> due to property of Dirac function. The result for the first item on the right side of <xref ref-type="disp-formula" rid="eqn-28">Eq. (28)</xref> equals to Cauchy principal value (CPV) of integral on <inline-formula id="ieqn-114"><mml:math id="mml-ieqn-114"><mml:mi mathvariant="normal">&#x2202;</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">&#x03A9;</mml:mi></mml:math></inline-formula>. The result for the second item on the right side of <xref ref-type="disp-formula" rid="eqn-28">Eq. (28)</xref> involves analyzing singularity for integrand. The singularity for integrand exists in Green&#x2019;s function <inline-formula id="ieqn-115"><mml:math id="mml-ieqn-115"><mml:msub><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">u</mml:mtext></mml:mrow><mml:mi>G</mml:mi></mml:msub></mml:math></inline-formula>. According to the literature [<xref ref-type="bibr" rid="ref-35">35</xref>], the logarithmic and Dirac singularity are involved. The integrable property of logarithmic singularity and the convolution property of the Dirac function cause the result for the second item on the right side of <xref ref-type="disp-formula" rid="eqn-28">Eq. (28)</xref> to vanish. Then, <xref ref-type="disp-formula" rid="eqn-28">Eq. (28)</xref> is given as below:
<disp-formula id="eqn-29"><label>(29)</label><mml:math id="mml-eqn-29" display="block"><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">u</mml:mtext></mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:msub><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:msub><mml:mover><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">x</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo accent="false">&#x00AF;</mml:mo></mml:mover><mml:mi>m</mml:mi></mml:msub><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mo>&#x222B;</mml:mo><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">&#x03A9;</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">u</mml:mtext></mml:mrow><mml:mi>G</mml:mi></mml:msub><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">x</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:msub><mml:mover><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">x</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo accent="false">&#x00AF;</mml:mo></mml:mover><mml:mi>m</mml:mi></mml:msub><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x22C5;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">F</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>b</mml:mtext></mml:mrow></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">x</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>d</mml:mtext></mml:mrow></mml:mrow><mml:msub><mml:mi>V</mml:mi><mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">x</mml:mtext></mml:mrow></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mo>&#x222B;</mml:mo><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">&#x2202;</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">&#x03A9;</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">u</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">x</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x22C5;</mml:mo><mml:mover><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">T</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo accent="false">&#x00AF;</mml:mo></mml:mover><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">u</mml:mtext></mml:mrow><mml:mi>G</mml:mi></mml:msub><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">x</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:msub><mml:mover><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">x</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo accent="false">&#x00AF;</mml:mo></mml:mover><mml:mi>m</mml:mi></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">n</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">u</mml:mtext></mml:mrow><mml:mi>G</mml:mi></mml:msub><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">x</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:msub><mml:mover><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">x</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo accent="false">&#x00AF;</mml:mo></mml:mover><mml:mi>m</mml:mi></mml:msub><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x22C5;</mml:mo><mml:mover><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">T</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo accent="false">&#x00AF;</mml:mo></mml:mover><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">u</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">x</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">n</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>d</mml:mtext></mml:mrow></mml:mrow><mml:msub><mml:mi>V</mml:mi><mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">x</mml:mtext></mml:mrow></mml:mrow></mml:msub></mml:math></disp-formula>where <inline-formula id="ieqn-116"><mml:math id="mml-ieqn-116"><mml:mo>&#x222B;</mml:mo></mml:math></inline-formula> is CPV for integral. Dividing <inline-formula id="ieqn-117"><mml:math id="mml-ieqn-117"><mml:mi mathvariant="normal">&#x2202;</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">&#x03A9;</mml:mi></mml:math></inline-formula> into <inline-formula id="ieqn-118"><mml:math id="mml-ieqn-118"><mml:mi mathvariant="normal">&#x2202;</mml:mi><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">&#x03A9;</mml:mi><mml:mi>n</mml:mi></mml:msub></mml:math></inline-formula> and <inline-formula id="ieqn-119"><mml:math id="mml-ieqn-119"><mml:mi mathvariant="normal">&#x2202;</mml:mi><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">&#x03A9;</mml:mi><mml:mi>d</mml:mi></mml:msub></mml:math></inline-formula>, <xref ref-type="disp-formula" rid="eqn-29">Eq. (29)</xref> can be rewritten as
<disp-formula id="eqn-30"><label>(30)</label><mml:math id="mml-eqn-30" display="block"><mml:mtable columnalign="right left right left right left right left right left right left" rowspacing="3pt" columnspacing="0em 2em 0em 2em 0em 2em 0em 2em 0em 2em 0em" displaystyle="true"><mml:mtr><mml:mtd><mml:msub><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">u</mml:mtext></mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:msub><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:msub><mml:mover><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">x</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo accent="false">&#x00AF;</mml:mo></mml:mover><mml:mi>m</mml:mi></mml:msub><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo></mml:mtd><mml:mtd><mml:mi></mml:mi><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:msub><mml:mo>&#x222B;</mml:mo><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">&#x2202;</mml:mi><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">&#x03A9;</mml:mi><mml:mi>d</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">u</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">x</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x22C5;</mml:mo><mml:mover><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">T</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo accent="false">&#x00AF;</mml:mo></mml:mover><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">u</mml:mtext></mml:mrow><mml:mi>G</mml:mi></mml:msub><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">x</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:msub><mml:mover><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">x</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo accent="false">&#x00AF;</mml:mo></mml:mover><mml:mi>m</mml:mi></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">n</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">u</mml:mtext></mml:mrow><mml:mi>G</mml:mi></mml:msub><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">x</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:msub><mml:mover><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">x</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo accent="false">&#x00AF;</mml:mo></mml:mover><mml:mi>m</mml:mi></mml:msub><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x22C5;</mml:mo><mml:mover><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">T</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo accent="false">&#x00AF;</mml:mo></mml:mover><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">u</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">x</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">n</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>d</mml:mtext></mml:mrow></mml:mrow><mml:msub><mml:mi>V</mml:mi><mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">x</mml:mtext></mml:mrow></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mo>&#x222B;</mml:mo><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">&#x03A9;</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">u</mml:mtext></mml:mrow><mml:mi>G</mml:mi></mml:msub><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">x</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:msub><mml:mover><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">x</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo accent="false">&#x00AF;</mml:mo></mml:mover><mml:mi>m</mml:mi></mml:msub><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x22C5;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">F</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>b</mml:mtext></mml:mrow></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">x</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>d</mml:mtext></mml:mrow></mml:mrow><mml:msub><mml:mi>V</mml:mi><mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">x</mml:mtext></mml:mrow></mml:mrow></mml:msub></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd /><mml:mtd><mml:mi></mml:mi><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:msub><mml:mo>&#x222B;</mml:mo><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">&#x2202;</mml:mi><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">&#x03A9;</mml:mi><mml:mi>n</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">u</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">x</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x22C5;</mml:mo><mml:mover><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">T</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo accent="false">&#x00AF;</mml:mo></mml:mover><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">u</mml:mtext></mml:mrow><mml:mi>G</mml:mi></mml:msub><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">x</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:msub><mml:mover><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">x</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo accent="false">&#x00AF;</mml:mo></mml:mover><mml:mi>m</mml:mi></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">n</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">u</mml:mtext></mml:mrow><mml:mi>G</mml:mi></mml:msub><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">x</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:msub><mml:mover><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">x</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo accent="false">&#x00AF;</mml:mo></mml:mover><mml:mi>m</mml:mi></mml:msub><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x22C5;</mml:mo><mml:mover><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">T</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo accent="false">&#x00AF;</mml:mo></mml:mover><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">u</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">x</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">n</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>d</mml:mtext></mml:mrow></mml:mrow><mml:msub><mml:mi>V</mml:mi><mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">x</mml:mtext></mml:mrow></mml:mrow></mml:msub></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula></p>
<p>Adopting an approach in the literature [<xref ref-type="bibr" rid="ref-47">47</xref>,<xref ref-type="bibr" rid="ref-48">48</xref>] to build up a relation between PD boundary constraints and local boundary constraints, we obtain the following relationship:
<disp-formula id="eqn-31"><label>(31)</label><mml:math id="mml-eqn-31" display="block"><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">u</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">x</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mrow><mml:mover><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">v</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">&#x005E;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">x</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mspace width="2em" /><mml:mspace width="2em" /><mml:mspace width="2em" /><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">x</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo>&#x2208;</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">&#x2202;</mml:mi><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">&#x03A9;</mml:mi><mml:mi>d</mml:mi></mml:msub></mml:math></disp-formula>
<disp-formula id="eqn-32"><label>(32)</label><mml:math id="mml-eqn-32" display="block"><mml:mover><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">T</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo accent="false">&#x00AF;</mml:mo></mml:mover><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">u</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">x</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">n</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="bold-italic">&#x03C4;</mml:mi><mml:mi mathvariant="bold-italic">f</mml:mi></mml:msub><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">x</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mspace width="2em" /><mml:mspace width="2em" /><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">x</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo>&#x2208;</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">&#x2202;</mml:mi><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">&#x03A9;</mml:mi><mml:mi>n</mml:mi></mml:msub></mml:math></disp-formula>where <inline-formula id="ieqn-120"><mml:math id="mml-ieqn-120"><mml:mrow><mml:mover><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">v</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">&#x005E;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">x</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula> and <inline-formula id="ieqn-121"><mml:math id="mml-ieqn-121"><mml:msub><mml:mi mathvariant="bold-italic">&#x03C4;</mml:mi><mml:mi mathvariant="bold-italic">f</mml:mi></mml:msub><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">x</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula> are the local boundary condition. Putting <xref ref-type="disp-formula" rid="eqn-31">Eqs. (31)</xref> and <xref ref-type="disp-formula" rid="eqn-32">(32)</xref> into <xref ref-type="disp-formula" rid="eqn-30">Eq. (30)</xref> generates
<disp-formula id="eqn-33"><label>(33)</label><mml:math id="mml-eqn-33" display="block"><mml:mtable columnalign="right left right left right left right left right left right left" rowspacing="3pt" columnspacing="0em 2em 0em 2em 0em 2em 0em 2em 0em 2em 0em" displaystyle="true"><mml:mtr><mml:mtd><mml:msub><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">u</mml:mtext></mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:msub><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:msub><mml:mover><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">x</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo accent="false">&#x00AF;</mml:mo></mml:mover><mml:mi>m</mml:mi></mml:msub><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo></mml:mtd><mml:mtd><mml:mi></mml:mi><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:msub><mml:mo>&#x222B;</mml:mo><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">&#x2202;</mml:mi><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">&#x03A9;</mml:mi><mml:mi>d</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mover><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">v</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">&#x005E;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">x</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x22C5;</mml:mo><mml:mover><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">T</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo accent="false">&#x00AF;</mml:mo></mml:mover><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">u</mml:mtext></mml:mrow><mml:mi>G</mml:mi></mml:msub><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">x</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:msub><mml:mover><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">x</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo accent="false">&#x00AF;</mml:mo></mml:mover><mml:mi>m</mml:mi></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">n</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">u</mml:mtext></mml:mrow><mml:mi>G</mml:mi></mml:msub><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">x</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:msub><mml:mover><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">x</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo accent="false">&#x00AF;</mml:mo></mml:mover><mml:mi>m</mml:mi></mml:msub><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x22C5;</mml:mo><mml:mover><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">T</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo accent="false">&#x00AF;</mml:mo></mml:mover><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">u</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">x</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">n</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>d</mml:mtext></mml:mrow></mml:mrow><mml:msub><mml:mi>V</mml:mi><mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">x</mml:mtext></mml:mrow></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mo>&#x222B;</mml:mo><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">&#x03A9;</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">u</mml:mtext></mml:mrow><mml:mi>G</mml:mi></mml:msub><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">x</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:msub><mml:mover><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">x</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo accent="false">&#x00AF;</mml:mo></mml:mover><mml:mi>m</mml:mi></mml:msub><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x22C5;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">F</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>b</mml:mtext></mml:mrow></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">x</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>d</mml:mtext></mml:mrow></mml:mrow><mml:msub><mml:mi>V</mml:mi><mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">x</mml:mtext></mml:mrow></mml:mrow></mml:msub></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd /><mml:mtd><mml:mi></mml:mi><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:msub><mml:mo>&#x222B;</mml:mo><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">&#x2202;</mml:mi><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">&#x03A9;</mml:mi><mml:mi>n</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">u</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">x</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x22C5;</mml:mo><mml:mover><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">T</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo accent="false">&#x00AF;</mml:mo></mml:mover><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">u</mml:mtext></mml:mrow><mml:mi>G</mml:mi></mml:msub><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">x</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:msub><mml:mover><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">x</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo accent="false">&#x00AF;</mml:mo></mml:mover><mml:mi>m</mml:mi></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">n</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">u</mml:mtext></mml:mrow><mml:mi>G</mml:mi></mml:msub><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">x</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:msub><mml:mover><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">x</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo accent="false">&#x00AF;</mml:mo></mml:mover><mml:mi>m</mml:mi></mml:msub><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x22C5;</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="bold-italic">&#x03C4;</mml:mi><mml:mi mathvariant="bold-italic">f</mml:mi></mml:msub><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">x</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>d</mml:mtext></mml:mrow></mml:mrow><mml:msub><mml:mi>V</mml:mi><mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">x</mml:mtext></mml:mrow></mml:mrow></mml:msub></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>which is the BIE of OSPD for the static case. For the dynamic case, we give BIE corresponding to the Laplace domain in <xref ref-type="sec" rid="s7">Appendix B</xref>. Once a displacement and force flux on the local boundary <inline-formula id="ieqn-122"><mml:math id="mml-ieqn-122"><mml:mi mathvariant="normal">&#x2202;</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">&#x03A9;</mml:mi></mml:math></inline-formula> are obtained, one can calculate the displacement of any material point within the domain <inline-formula id="ieqn-123"><mml:math id="mml-ieqn-123"><mml:mi mathvariant="normal">&#x03A9;</mml:mi></mml:math></inline-formula> through the BIE <xref ref-type="disp-formula" rid="eqn-33">Eqs. (33)</xref> and <xref ref-type="disp-formula" rid="eqn-B13">(B.13)</xref>. Therefore, we just need to calculate the displacement and force on the local boundary through the discretization method in [<xref ref-type="bibr" rid="ref-21">21</xref>]. The details will be repeated. So far, one can use the OSPD-BEM to simulate static and dynamic problems without fracture. For fracture problems, it is essential to research the crack propagation model for any BEM. Therefore, we propose a crack propagation model that is suitable for the present numerical method.</p>
</sec>
<sec id="s3">
<label>3</label>
<title>Crack Propagation Model</title>
<p>The crack propagation model for the OSPD-BEM proposed in this paper is inspired by the cohesive crack model [<xref ref-type="bibr" rid="ref-29">29</xref>&#x2013;<xref ref-type="bibr" rid="ref-31">31</xref>] and the PD bilinear model [<xref ref-type="bibr" rid="ref-32">32</xref>,<xref ref-type="bibr" rid="ref-33">33</xref>]. We take a continuum medium in <xref ref-type="fig" rid="fig-3">Fig. 3</xref> as an example, and the construction of the model is given as follows.</p>
<fig id="fig-3">
<label>Figure 3</label>
<caption>
<title>The diagram of the crack propagation model (color online)</title>
</caption>
<graphic mimetype="image" mime-subtype="tif" xlink:href="CMES_46770-fig-3.tif"/>
</fig>
<p>In <xref ref-type="fig" rid="fig-3">Fig. 3</xref>, <inline-formula id="ieqn-124"><mml:math id="mml-ieqn-124"><mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>S</mml:mtext></mml:mrow></mml:mrow></mml:math></inline-formula> is the preset crack propagation path in <inline-formula id="ieqn-125"><mml:math id="mml-ieqn-125"><mml:mi mathvariant="normal">&#x03A9;</mml:mi></mml:math></inline-formula>. <inline-formula id="ieqn-126"><mml:math id="mml-ieqn-126"><mml:mi mathvariant="normal">&#x03A9;</mml:mi></mml:math></inline-formula> is divided into two subdivisions <inline-formula id="ieqn-127"><mml:math id="mml-ieqn-127"><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">&#x03A9;</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub></mml:math></inline-formula> and <inline-formula id="ieqn-128"><mml:math id="mml-ieqn-128"><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">&#x03A9;</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub></mml:math></inline-formula> with a path <inline-formula id="ieqn-129"><mml:math id="mml-ieqn-129"><mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>S</mml:mtext></mml:mrow></mml:mrow></mml:math></inline-formula>. <inline-formula id="ieqn-130"><mml:math id="mml-ieqn-130"><mml:msub><mml:mi>e</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub></mml:math></inline-formula> and <inline-formula id="ieqn-131"><mml:math id="mml-ieqn-131"><mml:msub><mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>S</mml:mtext></mml:mrow></mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub></mml:math></inline-formula> compose the boundary of <inline-formula id="ieqn-132"><mml:math id="mml-ieqn-132"><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">&#x03A9;</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub></mml:math></inline-formula>, while <inline-formula id="ieqn-133"><mml:math id="mml-ieqn-133"><mml:msub><mml:mi>e</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub></mml:math></inline-formula> and <inline-formula id="ieqn-134"><mml:math id="mml-ieqn-134"><mml:msub><mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>S</mml:mtext></mml:mrow></mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub></mml:math></inline-formula> compose the boundary of <inline-formula id="ieqn-135"><mml:math id="mml-ieqn-135"><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">&#x03A9;</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub></mml:math></inline-formula>. We can convert the process of solving <inline-formula id="ieqn-136"><mml:math id="mml-ieqn-136"><mml:mi mathvariant="normal">&#x03A9;</mml:mi></mml:math></inline-formula> to the process of solving <inline-formula id="ieqn-137"><mml:math id="mml-ieqn-137"><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">&#x03A9;</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub></mml:math></inline-formula> and <inline-formula id="ieqn-138"><mml:math id="mml-ieqn-138"><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">&#x03A9;</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub></mml:math></inline-formula>. Therefore, the BIE of the OSPD <xref ref-type="disp-formula" rid="eqn-33">Eq. (33)</xref> is applied to the boundary <inline-formula id="ieqn-139"><mml:math id="mml-ieqn-139"><mml:msub><mml:mi>e</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>S</mml:mtext></mml:mrow></mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub></mml:math></inline-formula> and the boundary <inline-formula id="ieqn-140"><mml:math id="mml-ieqn-140"><mml:msub><mml:mi>e</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>S</mml:mtext></mml:mrow></mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub></mml:math></inline-formula>, respectively. If there is no crack, <inline-formula id="ieqn-141"><mml:math id="mml-ieqn-141"><mml:msub><mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>S</mml:mtext></mml:mrow></mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub></mml:math></inline-formula> and <inline-formula id="ieqn-142"><mml:math id="mml-ieqn-142"><mml:msub><mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>S</mml:mtext></mml:mrow></mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub></mml:math></inline-formula> are the same surface, so the continuity condition should be satisfied on <inline-formula id="ieqn-143"><mml:math id="mml-ieqn-143"><mml:msub><mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>S</mml:mtext></mml:mrow></mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub></mml:math></inline-formula> and <inline-formula id="ieqn-144"><mml:math id="mml-ieqn-144"><mml:msub><mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>S</mml:mtext></mml:mrow></mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub></mml:math></inline-formula>. As shown in <xref ref-type="fig" rid="fig-4">Fig. 4</xref>, for any pair of associated points <inline-formula id="ieqn-145"><mml:math id="mml-ieqn-145"><mml:msub><mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>P</mml:mtext></mml:mrow></mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub></mml:math></inline-formula> and <inline-formula id="ieqn-146"><mml:math id="mml-ieqn-146"><mml:msub><mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>P</mml:mtext></mml:mrow></mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub></mml:math></inline-formula> on <inline-formula id="ieqn-147"><mml:math id="mml-ieqn-147"><mml:msub><mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>S</mml:mtext></mml:mrow></mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub></mml:math></inline-formula> and <inline-formula id="ieqn-148"><mml:math id="mml-ieqn-148"><mml:msub><mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>S</mml:mtext></mml:mrow></mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub></mml:math></inline-formula>, the continuity condition is expressed as</p>
<fig id="fig-4">
<label>Figure 4</label>
<caption>
<title>The diagram for the crack propagation model in the elastic stage (color online)</title>
</caption>
<graphic mimetype="image" mime-subtype="tif" xlink:href="CMES_46770-fig-4.tif"/>
</fig>
<p><disp-formula id="eqn-34"><label>(34)</label><mml:math id="mml-eqn-34" display="block"><mml:msub><mml:mover><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">T</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo accent="false">&#x00AF;</mml:mo></mml:mover><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">u</mml:mtext></mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">x</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>P</mml:mtext></mml:mrow></mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">n</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>S</mml:mtext></mml:mrow></mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:msub><mml:mover><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">T</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo accent="false">&#x00AF;</mml:mo></mml:mover><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">u</mml:mtext></mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">x</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>P</mml:mtext></mml:mrow></mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">n</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>S</mml:mtext></mml:mrow></mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></disp-formula>
<disp-formula id="eqn-35"><label>(35)</label><mml:math id="mml-eqn-35" display="block"><mml:msub><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">u</mml:mtext></mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">x</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>P</mml:mtext></mml:mrow></mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">u</mml:mtext></mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">x</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>P</mml:mtext></mml:mrow></mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></disp-formula>where <inline-formula id="ieqn-149"><mml:math id="mml-ieqn-149"><mml:msub><mml:mover><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">T</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo accent="false">&#x00AF;</mml:mo></mml:mover><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">u</mml:mtext></mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">x</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>P</mml:mtext></mml:mrow></mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">n</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>S</mml:mtext></mml:mrow></mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula> is the PD force flux vector at the point <inline-formula id="ieqn-150"><mml:math id="mml-ieqn-150"><mml:msub><mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>P</mml:mtext></mml:mrow></mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub></mml:math></inline-formula> on the surface <inline-formula id="ieqn-151"><mml:math id="mml-ieqn-151"><mml:msub><mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>S</mml:mtext></mml:mrow></mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub></mml:math></inline-formula>, while <inline-formula id="ieqn-152"><mml:math id="mml-ieqn-152"><mml:msub><mml:mover><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">T</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo accent="false">&#x00AF;</mml:mo></mml:mover><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">u</mml:mtext></mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">x</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>P</mml:mtext></mml:mrow></mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">n</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>S</mml:mtext></mml:mrow></mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula> is the PD force flux vector at the point <inline-formula id="ieqn-153"><mml:math id="mml-ieqn-153"><mml:msub><mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>P</mml:mtext></mml:mrow></mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub></mml:math></inline-formula> on the surface <inline-formula id="ieqn-154"><mml:math id="mml-ieqn-154"><mml:msub><mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>S</mml:mtext></mml:mrow></mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub></mml:math></inline-formula>; <inline-formula id="ieqn-155"><mml:math id="mml-ieqn-155"><mml:msub><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">u</mml:mtext></mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">x</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>P</mml:mtext></mml:mrow></mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula> is the displacement at the point <inline-formula id="ieqn-156"><mml:math id="mml-ieqn-156"><mml:msub><mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>P</mml:mtext></mml:mrow></mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub></mml:math></inline-formula>; <inline-formula id="ieqn-157"><mml:math id="mml-ieqn-157"><mml:msub><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">u</mml:mtext></mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">x</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>P</mml:mtext></mml:mrow></mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula> is the displacement at the point <inline-formula id="ieqn-158"><mml:math id="mml-ieqn-158"><mml:msub><mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>P</mml:mtext></mml:mrow></mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub></mml:math></inline-formula>. We can obtain the PD force flux vector <inline-formula id="ieqn-159"><mml:math id="mml-ieqn-159"><mml:msub><mml:mover><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">T</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo accent="false">&#x00AF;</mml:mo></mml:mover><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mover><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">T</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo accent="false">&#x00AF;</mml:mo></mml:mover><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub></mml:math></inline-formula> and the displacement <inline-formula id="ieqn-160"><mml:math id="mml-ieqn-160"><mml:msub><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">u</mml:mtext></mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">u</mml:mtext></mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub></mml:math></inline-formula> on the preset crack propagation path <inline-formula id="ieqn-161"><mml:math id="mml-ieqn-161"><mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>S</mml:mtext></mml:mrow></mml:mrow></mml:math></inline-formula> by solving the BIE respectively for the boundary <inline-formula id="ieqn-162"><mml:math id="mml-ieqn-162"><mml:msub><mml:mi>e</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>S</mml:mtext></mml:mrow></mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub></mml:math></inline-formula> and the boundary <inline-formula id="ieqn-163"><mml:math id="mml-ieqn-163"><mml:msub><mml:mi>e</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>S</mml:mtext></mml:mrow></mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub></mml:math></inline-formula>. Next, we substitute the results of <inline-formula id="ieqn-164"><mml:math id="mml-ieqn-164"><mml:msub><mml:mover><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">T</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo accent="false">&#x00AF;</mml:mo></mml:mover><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub></mml:math></inline-formula>, <inline-formula id="ieqn-165"><mml:math id="mml-ieqn-165"><mml:msub><mml:mover><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">T</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo accent="false">&#x00AF;</mml:mo></mml:mover><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub></mml:math></inline-formula>, <inline-formula id="ieqn-166"><mml:math id="mml-ieqn-166"><mml:msub><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">u</mml:mtext></mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub></mml:math></inline-formula> and <inline-formula id="ieqn-167"><mml:math id="mml-ieqn-167"><mml:msub><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">u</mml:mtext></mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub></mml:math></inline-formula> into our crack propagation model to determine whether this material point <inline-formula id="ieqn-168"><mml:math id="mml-ieqn-168"><mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>P</mml:mtext></mml:mrow></mml:mrow></mml:math></inline-formula> is divided into <inline-formula id="ieqn-169"><mml:math id="mml-ieqn-169"><mml:msub><mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>P</mml:mtext></mml:mrow></mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub></mml:math></inline-formula> and <inline-formula id="ieqn-170"><mml:math id="mml-ieqn-170"><mml:msub><mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>P</mml:mtext></mml:mrow></mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub></mml:math></inline-formula>.</p>
<p>For the crack propagation model, we consider that the fracture at any material point <inline-formula id="ieqn-171"><mml:math id="mml-ieqn-171"><mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>P</mml:mtext></mml:mrow></mml:mrow></mml:math></inline-formula> at the preset crack propagation path is divided into three stages: the elastic stage, the adhesive stage and the defunct stage. The elastic stage is given in <xref ref-type="fig" rid="fig-4">Fig. 4</xref>, and the calculation can be completed with the continuity condition <xref ref-type="disp-formula" rid="eqn-34">Eqs. (34)</xref> and <xref ref-type="disp-formula" rid="eqn-35">(35)</xref>. The defunct stage is given in <xref ref-type="fig" rid="fig-5">Fig. 5</xref>, and the crack occurs at this time. At the defunct stage, the material point <inline-formula id="ieqn-172"><mml:math id="mml-ieqn-172"><mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>P</mml:mtext></mml:mrow></mml:mrow></mml:math></inline-formula> is divided into <inline-formula id="ieqn-173"><mml:math id="mml-ieqn-173"><mml:msub><mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>P</mml:mtext></mml:mrow></mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub></mml:math></inline-formula> and <inline-formula id="ieqn-174"><mml:math id="mml-ieqn-174"><mml:msub><mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>P</mml:mtext></mml:mrow></mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub></mml:math></inline-formula>, and the force flux vectors <inline-formula id="ieqn-175"><mml:math id="mml-ieqn-175"><mml:msub><mml:mover><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">T</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo accent="false">&#x00AF;</mml:mo></mml:mover><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub></mml:math></inline-formula> and <inline-formula id="ieqn-176"><mml:math id="mml-ieqn-176"><mml:msub><mml:mover><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">T</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo accent="false">&#x00AF;</mml:mo></mml:mover><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub></mml:math></inline-formula> vanish. The calculation is also easily completed at this stage. Next, we discuss the complicated adhesive stage in <xref ref-type="fig" rid="fig-6">Fig. 6</xref>. The adhesive stage needs to answer two problems. One is about the end of the elastic stage and the start of the defunct stage, and the other is about the constitutive relationship between the PD force flux vectors, i.e., <inline-formula id="ieqn-177"><mml:math id="mml-ieqn-177"><mml:msub><mml:mover><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">T</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo accent="false">&#x00AF;</mml:mo></mml:mover><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub></mml:math></inline-formula> and <inline-formula id="ieqn-178"><mml:math id="mml-ieqn-178"><mml:msub><mml:mover><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">T</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo accent="false">&#x00AF;</mml:mo></mml:mover><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub></mml:math></inline-formula>, and the displacement vectors, i.e., <inline-formula id="ieqn-179"><mml:math id="mml-ieqn-179"><mml:msub><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">u</mml:mtext></mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub></mml:math></inline-formula> and <inline-formula id="ieqn-180"><mml:math id="mml-ieqn-180"><mml:msub><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">u</mml:mtext></mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub></mml:math></inline-formula>. We start with the problem two. In <xref ref-type="fig" rid="fig-6">Fig. 6</xref>, the PD force flux vectors <inline-formula id="ieqn-181"><mml:math id="mml-ieqn-181"><mml:msub><mml:mover><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">T</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo accent="false">&#x00AF;</mml:mo></mml:mover><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub></mml:math></inline-formula> and <inline-formula id="ieqn-182"><mml:math id="mml-ieqn-182"><mml:msub><mml:mover><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">T</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo accent="false">&#x00AF;</mml:mo></mml:mover><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub></mml:math></inline-formula> satisfy the equilibrium relationship</p>
<fig id="fig-5">
<label>Figure 5</label>
<caption>
<title>The diagram for the fracture calculation model in the defunct stage (color online)</title>
</caption>
<graphic mimetype="image" mime-subtype="tif" xlink:href="CMES_46770-fig-5.tif"/>
</fig><fig id="fig-6">
<label>Figure 6</label>
<caption>
<title>The diagram of the crack propagation model in the adhesive stage (color online)</title>
</caption>
<graphic mimetype="image" mime-subtype="tif" xlink:href="CMES_46770-fig-6.tif"/>
</fig>
<p><disp-formula id="eqn-36"><label>(36)</label><mml:math id="mml-eqn-36" display="block"><mml:mtable columnalign="right left right left right left right left right left right left" rowspacing="3pt" columnspacing="0em 2em 0em 2em 0em 2em 0em 2em 0em 2em 0em" displaystyle="true"><mml:mtr><mml:mtd><mml:msub><mml:mover><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">T</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo accent="false">&#x00AF;</mml:mo></mml:mover><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">u</mml:mtext></mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">x</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>P</mml:mtext></mml:mrow></mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">n</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>S</mml:mtext></mml:mrow></mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:msub><mml:mover><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">T</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo accent="false">&#x00AF;</mml:mo></mml:mover><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">u</mml:mtext></mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">x</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>P</mml:mtext></mml:mrow></mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">n</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>S</mml:mtext></mml:mrow></mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mover><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">T</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo accent="false">&#x00AF;</mml:mo></mml:mover><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">x</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>P</mml:mtext></mml:mrow></mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">x</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>P</mml:mtext></mml:mrow></mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula></p>
<p>The force flux vector <inline-formula id="ieqn-183"><mml:math id="mml-ieqn-183"><mml:mover><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">T</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo accent="false">&#x00AF;</mml:mo></mml:mover><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">x</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>P</mml:mtext></mml:mrow></mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">x</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>P</mml:mtext></mml:mrow></mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula> is related to the relative displacement between the material point <inline-formula id="ieqn-184"><mml:math id="mml-ieqn-184"><mml:msub><mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>P</mml:mtext></mml:mrow></mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub></mml:math></inline-formula> and <inline-formula id="ieqn-185"><mml:math id="mml-ieqn-185"><mml:msub><mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>P</mml:mtext></mml:mrow></mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub></mml:math></inline-formula> which is denoted as
<disp-formula id="eqn-37"><label>(37)</label><mml:math id="mml-eqn-37" display="block"><mml:mtable columnalign="right left right left right left right left right left right left" rowspacing="3pt" columnspacing="0em 2em 0em 2em 0em 2em 0em 2em 0em 2em 0em" displaystyle="true"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">u</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">x</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>P</mml:mtext></mml:mrow></mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">x</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>P</mml:mtext></mml:mrow></mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">u</mml:mtext></mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">x</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>P</mml:mtext></mml:mrow></mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">u</mml:mtext></mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">x</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>P</mml:mtext></mml:mrow></mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula></p>
<p>We assume that the force flux vector <inline-formula id="ieqn-186"><mml:math id="mml-ieqn-186"><mml:mover><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">T</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo accent="false">&#x00AF;</mml:mo></mml:mover><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">x</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>P</mml:mtext></mml:mrow></mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">x</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>P</mml:mtext></mml:mrow></mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula> and the relative displacement <inline-formula id="ieqn-187"><mml:math id="mml-ieqn-187"><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">u</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">x</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>P</mml:mtext></mml:mrow></mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">x</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>P</mml:mtext></mml:mrow></mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula> satisfy the linear relationship shown in <xref ref-type="fig" rid="fig-7">Fig. 7</xref>. A more complex constitutive relationship, e.g., those in [<xref ref-type="bibr" rid="ref-49">49</xref>,<xref ref-type="bibr" rid="ref-50">50</xref>], can be considered in the future. Next, let&#x2019;s answer the problem one. In <xref ref-type="fig" rid="fig-7">Fig. 7</xref>, the force flux vector <inline-formula id="ieqn-188"><mml:math id="mml-ieqn-188"><mml:msub><mml:mover><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">T</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo accent="false">&#x00AF;</mml:mo></mml:mover><mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>M</mml:mtext></mml:mrow></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula> is referred to as the elastic limit flux, and corresponds to the linear elastic stretch limit [<xref ref-type="bibr" rid="ref-32">32</xref>]. According to the article [<xref ref-type="bibr" rid="ref-32">32</xref>,<xref ref-type="bibr" rid="ref-48">48</xref>,<xref ref-type="bibr" rid="ref-51">51</xref>], <inline-formula id="ieqn-189"><mml:math id="mml-ieqn-189"><mml:msub><mml:mover><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">T</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo accent="false">&#x00AF;</mml:mo></mml:mover><mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>M</mml:mtext></mml:mrow></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula> is expressed as</p>
<fig id="fig-7">
<label>Figure 7</label>
<caption>
<title>The diagram for the constitutive relationship in the adhesive stage (color online)</title>
</caption>
<graphic mimetype="image" mime-subtype="tif" xlink:href="CMES_46770-fig-7.tif"/>
</fig>
<p><disp-formula id="eqn-38"><label>(38)</label><mml:math id="mml-eqn-38" display="block"><mml:msub><mml:mover><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">T</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo accent="false">&#x00AF;</mml:mo></mml:mover><mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>M</mml:mtext></mml:mrow></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>{</mml:mo><mml:mtable columnalign="left left" rowspacing="4pt" columnspacing="1em"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mstyle displaystyle="true" scriptlevel="0"><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>6</mml:mn><mml:mi>&#x03C0;</mml:mi><mml:mi>&#x03BA;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mtext>h</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">r</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:msqrt><mml:mstyle displaystyle="true" scriptlevel="0"><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>G</mml:mi><mml:mn>0</mml:mn></mml:msub><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mtext>h</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>r</mml:mtext></mml:mrow></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>54</mml:mn><mml:mi>&#x03C0;</mml:mi><mml:mi>&#x03BC;</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>16</mml:mn><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi>&#x03BA;</mml:mi><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mi>&#x03BC;</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle></mml:msqrt><mml:mspace width="2em" /></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:mtext>for</mml:mtext></mml:mrow><mml:mtext>&#x00A0;</mml:mtext><mml:mn>2</mml:mn><mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>D</mml:mtext></mml:mrow></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mstyle displaystyle="true" scriptlevel="0"><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>48</mml:mn><mml:mi>&#x03BA;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mtext>h</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>r</mml:mtext></mml:mrow></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:msqrt><mml:mstyle displaystyle="true" scriptlevel="0"><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>G</mml:mi><mml:mn>0</mml:mn></mml:msub><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mtext>h</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>r</mml:mtext></mml:mrow></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>768</mml:mn><mml:mi>&#x03BC;</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>27</mml:mn><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mn>3</mml:mn><mml:mi>&#x03BA;</mml:mi><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mn>5</mml:mn><mml:mi>&#x03BC;</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle></mml:msqrt><mml:mspace width="2em" /></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:mtext>for</mml:mtext></mml:mrow><mml:mtext>&#x00A0;</mml:mtext><mml:mn>3</mml:mn><mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>D</mml:mtext></mml:mrow></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable><mml:mo fence="true" stretchy="true" symmetric="true"></mml:mo></mml:mrow></mml:math></disp-formula>where <inline-formula id="ieqn-190"><mml:math id="mml-ieqn-190"><mml:mi>&#x03BC;</mml:mi></mml:math></inline-formula> denotes shear modulus; <inline-formula id="ieqn-191"><mml:math id="mml-ieqn-191"><mml:mi>&#x03BA;</mml:mi></mml:math></inline-formula> denotes bulk modulus; <inline-formula id="ieqn-192"><mml:math id="mml-ieqn-192"><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mtext>h</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">r</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> is horizon; <inline-formula id="ieqn-193"><mml:math id="mml-ieqn-193"><mml:msub><mml:mi>G</mml:mi><mml:mn>0</mml:mn></mml:msub></mml:math></inline-formula> is the elastic limit energy density [<xref ref-type="bibr" rid="ref-32">32</xref>]. When <inline-formula id="ieqn-194"><mml:math id="mml-ieqn-194"><mml:msub><mml:mover><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">T</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo accent="false">&#x00AF;</mml:mo></mml:mover><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">u</mml:mtext></mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">x</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>P</mml:mtext></mml:mrow></mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">n</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>S</mml:mtext></mml:mrow></mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula> in <xref ref-type="disp-formula" rid="eqn-34">Eq. (34)</xref> achieves <inline-formula id="ieqn-195"><mml:math id="mml-ieqn-195"><mml:msub><mml:mover><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">T</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo accent="false">&#x00AF;</mml:mo></mml:mover><mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>M</mml:mtext></mml:mrow></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula>, the elastic stage is ended. <inline-formula id="ieqn-196"><mml:math id="mml-ieqn-196"><mml:msub><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">u</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>M</mml:mtext></mml:mrow></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula> in <xref ref-type="fig" rid="fig-7">Fig. 7</xref> is referred to as the adhesive limit displacement, and it is determined by a Law of energy conservation for a process of the new crack growing [<xref ref-type="bibr" rid="ref-52">52</xref>].
<disp-formula id="eqn-39"><label>(39)</label><mml:math id="mml-eqn-39" display="block"><mml:mtable columnalign="right left right left right left right left right left right left" rowspacing="3pt" columnspacing="0em 2em 0em 2em 0em 2em 0em 2em 0em 2em 0em" displaystyle="true"><mml:mtr><mml:mtd><mml:msub><mml:mi>G</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi><mml:mi>C</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mi>G</mml:mi><mml:mn>0</mml:mn></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:mfrac><mml:mn>1</mml:mn><mml:mn>2</mml:mn></mml:mfrac><mml:msub><mml:mover><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">T</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo accent="false">&#x00AF;</mml:mo></mml:mover><mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>M</mml:mtext></mml:mrow></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">u</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>M</mml:mtext></mml:mrow></mml:mrow></mml:msub></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>where <inline-formula id="ieqn-197"><mml:math id="mml-ieqn-197"><mml:msub><mml:mi>G</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi><mml:mi>C</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula> is the critical energy release rate [<xref ref-type="bibr" rid="ref-51">51</xref>]. When <inline-formula id="ieqn-198"><mml:math id="mml-ieqn-198"><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">u</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">x</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>P</mml:mtext></mml:mrow></mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">x</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>P</mml:mtext></mml:mrow></mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula> in <xref ref-type="disp-formula" rid="eqn-37">Eq. (37)</xref> achieves <inline-formula id="ieqn-199"><mml:math id="mml-ieqn-199"><mml:msub><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">u</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>M</mml:mtext></mml:mrow></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula>, the defunct stage is started. The solving procedure of our crack propagation model can be summarized as <xref ref-type="fig" rid="fig-8">Fig. 8</xref>.</p>
<fig id="fig-8">
<label>Figure 8</label>
<caption>
<title>The flow chart for the solving process of the crack propagation model</title>
</caption>
<graphic mimetype="image" mime-subtype="tif" xlink:href="CMES_46770-fig-8.tif"/>
</fig>
</sec>
<sec id="s4">
<label>4</label>
<title>Numerical Examples</title>
<p>We will take four numerical examples to confirm the accuracy and efficiency of OSPD-BEM in this section. Firstly, a two-dimensional square plate under uniaxial loading is investigated to estimate the numerical Poisson&#x2019;s ratio as those in the literature [<xref ref-type="bibr" rid="ref-53">53</xref>,<xref ref-type="bibr" rid="ref-54">54</xref>]. It displays that our numerical method can be more accurate than the PD-MPM. Secondly, we discuss the crack initiation in a double-notched specimen as the literature [<xref ref-type="bibr" rid="ref-21">21</xref>], which reveals the accuracy and efficiency of the OSPD-BEM compared with the PD-MPM. Thirdly, the wedge-splitting test is simulated to research a fracture toughness for the concrete specimen [<xref ref-type="bibr" rid="ref-55">55</xref>,<xref ref-type="bibr" rid="ref-56">56</xref>], and its result is compared to experimental results, which displays again the the accuracy and efficiency of OSPD-BEM. Finally, a three-point bending experiment is executed.</p>
<sec id="s4_1">
<label>4.1</label>
<title>Two-Dimensional Square Plate under Uniaxial Loading</title>
<p>We consider a two-dimensional square plate withstanding the uniaxial tensile loading in the direction <inline-formula id="ieqn-200"><mml:math id="mml-ieqn-200"><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">x</mml:mtext></mml:mrow></mml:math></inline-formula>, as displayed in <xref ref-type="fig" rid="fig-9">Fig. 9</xref>. The calculation parameters can be obtained in <xref ref-type="table" rid="table-2">Table 2</xref>. <inline-formula id="ieqn-201"><mml:math id="mml-ieqn-201"><mml:mi>a</mml:mi></mml:math></inline-formula> denotes length of the sides; <inline-formula id="ieqn-202"><mml:math id="mml-ieqn-202"><mml:mi>h</mml:mi></mml:math></inline-formula> denotes thickness; <italic>E</italic> denotes elastic modulus; <inline-formula id="ieqn-203"><mml:math id="mml-ieqn-203"><mml:mi>p</mml:mi></mml:math></inline-formula> denotes tensile loading; <inline-formula id="ieqn-204"><mml:math id="mml-ieqn-204"><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mtext>h</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">r</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> denotes horizon; <inline-formula id="ieqn-205"><mml:math id="mml-ieqn-205"><mml:mi mathvariant="normal">&#x0394;</mml:mi></mml:math></inline-formula> is the grid spacing. For a given Poisson&#x2019;s ratio <inline-formula id="ieqn-206"><mml:math id="mml-ieqn-206"><mml:mi>&#x03BD;</mml:mi></mml:math></inline-formula>, we can obtain the deformation of the plate, and then calculate the numerical Poisson&#x2019;s ratios <inline-formula id="ieqn-207"><mml:math id="mml-ieqn-207"><mml:mrow><mml:mover><mml:mi>&#x03BD;</mml:mi><mml:mo stretchy="false">&#x007E;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow></mml:math></inline-formula> which should be consistent with the given Poisson&#x2019;s ratios. However, due to an error in the numerical method, the numerical Poisson&#x2019;s ratio is probably different from the given Poisson&#x2019;s ratio. The error between the two can be used to test the accuracy of one numerical method. Therefore, in this numerical example, we investigate the deformation state of the plate with different Poisson&#x2019;s ratios, i.e., <inline-formula id="ieqn-208"><mml:math id="mml-ieqn-208"><mml:mi>&#x03BD;</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0.1</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn>0.2</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn>0.3</mml:mn></mml:math></inline-formula>. Then the numerical Poisson&#x2019;s ratios <inline-formula id="ieqn-209"><mml:math id="mml-ieqn-209"><mml:mrow><mml:mover><mml:mi>&#x03BD;</mml:mi><mml:mo stretchy="false">&#x007E;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow></mml:math></inline-formula> is calculated as</p>
<fig id="fig-9">
<label>Figure 9</label>
<caption>
<title>The diagram for stretching square plate</title>
</caption>
<graphic mimetype="image" mime-subtype="tif" xlink:href="CMES_46770-fig-9.tif"/>
</fig><table-wrap id="table-2">
<label>Table 2</label>
<caption>
<title>Calculation parameters for the stretching square plate</title>
</caption>
<table frame="hsides">
<colgroup>
<col align="left"/>
<col align="left"/>
<col align="left"/>
<col align="left"/>
<col align="left"/>
<col align="left"/>
</colgroup>
<thead>
<tr>
<th><inline-formula id="ieqn-215"><mml:math id="mml-ieqn-215"><mml:mi>a</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>m</mml:mtext></mml:mrow></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula></th>
<th><inline-formula id="ieqn-216"><mml:math id="mml-ieqn-216"><mml:mi>h</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>m</mml:mtext></mml:mrow></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula></th>
<th><inline-formula id="ieqn-217"><mml:math id="mml-ieqn-217"><mml:mi>E</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>GPa</mml:mtext></mml:mrow></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula></th>
<th><inline-formula id="ieqn-218"><mml:math id="mml-ieqn-218"><mml:mi>p</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>MPa</mml:mtext></mml:mrow></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula></th>
<th><inline-formula id="ieqn-219"><mml:math id="mml-ieqn-219"><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mtext>h</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">r</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>m</mml:mtext></mml:mrow></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula></th>
<th><inline-formula id="ieqn-220"><mml:math id="mml-ieqn-220"><mml:mi mathvariant="normal">&#x0394;</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>m</mml:mtext></mml:mrow></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula></th>
</tr>
</thead>
<tbody>
<tr>
<td>1.0</td>
<td>0.01</td>
<td>200.0</td>
<td>200.0</td>
<td>0.04</td>
<td>0.01</td>
</tr>
</tbody>
</table>
</table-wrap>
<p><disp-formula id="eqn-40"><label>(40)</label><mml:math id="mml-eqn-40" display="block"><mml:mrow><mml:mover><mml:mi>&#x03BD;</mml:mi><mml:mo stretchy="false">&#x007E;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">&#x0394;</mml:mi><mml:msub><mml:mi>y</mml:mi><mml:mi>d</mml:mi></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">&#x0394;</mml:mi><mml:msub><mml:mi>x</mml:mi><mml:mi>d</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac></mml:math></disp-formula>where <inline-formula id="ieqn-210"><mml:math id="mml-ieqn-210"><mml:mi mathvariant="normal">&#x0394;</mml:mi><mml:msub><mml:mi>y</mml:mi><mml:mi>d</mml:mi></mml:msub></mml:math></inline-formula> is the average absolute value of the displacement in the direction <inline-formula id="ieqn-211"><mml:math id="mml-ieqn-211"><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">y</mml:mtext></mml:mrow></mml:math></inline-formula> for all discrete material points. <inline-formula id="ieqn-212"><mml:math id="mml-ieqn-212"><mml:mi mathvariant="normal">&#x0394;</mml:mi><mml:msub><mml:mi>x</mml:mi><mml:mi>d</mml:mi></mml:msub></mml:math></inline-formula> is the average absolute value of the displacement in the direction <inline-formula id="ieqn-213"><mml:math id="mml-ieqn-213"><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">x</mml:mtext></mml:mrow></mml:math></inline-formula> for all discrete material points. The numerical Poisson&#x2019;s ratios <inline-formula id="ieqn-214"><mml:math id="mml-ieqn-214"><mml:mrow><mml:mover><mml:mi>&#x03BD;</mml:mi><mml:mo stretchy="false">&#x007E;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow></mml:math></inline-formula> obtained by OSPD-BEM and PD-MPM are listed in <xref ref-type="table" rid="table-3">Table 3</xref>. The errors between the numerical Poisson&#x2019;s ratios and the given ones are also given in <xref ref-type="table" rid="table-3">Table 3</xref>.</p>
<table-wrap id="table-3">
<label>Table 3</label>
<caption>
<title>Calculation results for the numerical Poisson&#x2019;s ratios <inline-formula id="ieqn-221"><mml:math id="mml-ieqn-221"><mml:mrow><mml:mover><mml:mi>&#x03BD;</mml:mi><mml:mo stretchy="false">&#x007E;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow></mml:math></inline-formula></title>
</caption>
<table frame="hsides">
<colgroup>
<col align="left"/>
<col align="left"/>
<col align="left"/>
<col align="left"/>
<col align="left"/>
<col align="left"/>
</colgroup>
<thead>
<tr>
<th>Theory</th>
<th><inline-formula id="ieqn-222"><mml:math id="mml-ieqn-222"><mml:mi>&#x03BD;</mml:mi></mml:math></inline-formula></th>
<th>Boundary element method</th>
<th>Error <inline-formula id="ieqn-223"><mml:math id="mml-ieqn-223"><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">&#x0025;</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula></th>
<th>PD-MPM</th>
<th>Error <inline-formula id="ieqn-224"><mml:math id="mml-ieqn-224"><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">&#x0025;</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula></th>
</tr>
</thead>
<tbody>
<tr>
<td>BBPD</td>
<td>1/3</td>
<td>0.333416</td>
<td>0.0248</td>
<td>0.332878</td>
<td>0.1366</td>
</tr>
<tr>
<td>OSPD</td>
<td>0.1</td>
<td>0.100087</td>
<td>0.087</td>
<td>0.099146</td>
<td>0.854</td>
</tr>
<tr>
<td></td>
<td>0.2</td>
<td>0.200076</td>
<td>0.038</td>
<td>0.197598</td>
<td>1.201</td>
</tr>
<tr>
<td></td>
<td>0.3</td>
<td>0.300059</td>
<td>0.0196</td>
<td>0.296853</td>
<td>1.049</td>
</tr>
</tbody>
</table>
</table-wrap>
<p>From <xref ref-type="table" rid="table-3">Table 3</xref>, one can find that the errors of the OSPD-BEM are much smaller than those of PD-MPM. Besides, the numerical Poisson&#x2019;s ratios predicted by the PD-MPM are always lower than the given Poisson&#x2019;s ratio, which can be due to a spurious boundary softening phenomena [<xref ref-type="bibr" rid="ref-57">57</xref>]. This phenomenon is observed from the results of PD-MPM in <xref ref-type="fig" rid="fig-10">Fig. 10</xref>. We find that Poisson&#x2019;s ratio is variable for the OSPD in <xref ref-type="table" rid="table-3">Table 3</xref>, while it is the fixed value for the BBPD. The BBPD-BEM is one order of magnitude more precise than the PD-MPM, while the magnitude is two orders for the OSPD-BEM. The reason is that the spurious boundary softening phenomena [<xref ref-type="bibr" rid="ref-57">57</xref>] is more serious for the OSPD compared with the BBPD.</p>
<fig id="fig-10">
<label>Figure 10</label>
<caption>
<title>Displacement predicted by the PD-MPM and the OSPD-BEM for <inline-formula id="ieqn-225"><mml:math id="mml-ieqn-225"><mml:mi>&#x03BD;</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0.3</mml:mn></mml:math></inline-formula> (color online)</title>
</caption>
<graphic mimetype="image" mime-subtype="tif" xlink:href="CMES_46770-fig-10.tif"/>
</fig>
</sec>
<sec id="s4_2">
<label>4.2</label>
<title>Two-Dimensional Crack Initiation in a Double-Notched Specimen</title>
<p>In this example, we consider a crack initiation problem in the square plate with a double-notched edge crack exerted uniaxial tensile loading displayed in <xref ref-type="fig" rid="fig-11">Fig. 11</xref>. The calculation parameters are exhibited in <xref ref-type="table" rid="table-4">Table 4</xref>. <italic>E</italic> denotes elastic modulus; <inline-formula id="ieqn-226"><mml:math id="mml-ieqn-226"><mml:msub><mml:mi>C</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>r</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula> denotes initial length of the crack; <inline-formula id="ieqn-227"><mml:math id="mml-ieqn-227"><mml:msub><mml:mi>G</mml:mi><mml:mi>c</mml:mi></mml:msub></mml:math></inline-formula> denotes critical energy release rate. According to a definition of critical energy release rate in PD [<xref ref-type="bibr" rid="ref-17">17</xref>], the load corresponding to the crack propagating <inline-formula id="ieqn-228"><mml:math id="mml-ieqn-228"><mml:mi mathvariant="normal">&#x0394;</mml:mi></mml:math></inline-formula> length is defined as the utmost load <inline-formula id="ieqn-229"><mml:math id="mml-ieqn-229"><mml:msub><mml:mi>F</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>m</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula>. <inline-formula id="ieqn-230"><mml:math id="mml-ieqn-230"><mml:mi mathvariant="normal">&#x0394;</mml:mi></mml:math></inline-formula> is the grid spacing [<xref ref-type="bibr" rid="ref-17">17</xref>]. For different Poisson ratios, the results predicted by the OSPD-BEM are compared with those of the PD-MPM.</p>
<fig id="fig-11">
<label>Figure 11</label>
<caption>
<title>The diagram for a double-notched specimen (color online)</title>
</caption>
<graphic mimetype="image" mime-subtype="tif" xlink:href="CMES_46770-fig-11.tif"/>
</fig><table-wrap id="table-4">
<label>Table 4</label>
<caption>
<title>Calculation parameters for the double-notched specimen</title>
</caption>
<table frame="hsides">
<colgroup>
<col align="left"/>
<col align="left"/>
<col align="left"/>
<col align="left"/>
<col align="left"/>
<col align="left"/>
</colgroup>
<thead>
<tr>
<th><inline-formula id="ieqn-231"><mml:math id="mml-ieqn-231"><mml:mi>E</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>Pa</mml:mtext></mml:mrow></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula></th>
<th><inline-formula id="ieqn-232"><mml:math id="mml-ieqn-232"><mml:msub><mml:mi>C</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>r</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>m</mml:mtext></mml:mrow></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula></th>
<th><inline-formula id="ieqn-233"><mml:math id="mml-ieqn-233"><mml:msub><mml:mi>G</mml:mi><mml:mi>c</mml:mi></mml:msub><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>Pa</mml:mtext></mml:mrow></mml:mrow><mml:mo>&#x22C5;</mml:mo><mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>m</mml:mtext></mml:mrow></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula></th>
<th><inline-formula id="ieqn-234"><mml:math id="mml-ieqn-234"><mml:mi>L</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>m</mml:mtext></mml:mrow></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula></th>
<th><inline-formula id="ieqn-235"><mml:math id="mml-ieqn-235"><mml:mi>B</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>m</mml:mtext></mml:mrow></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula></th>
<th><inline-formula id="ieqn-236"><mml:math id="mml-ieqn-236"><mml:mi>H</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>m</mml:mtext></mml:mrow></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula></th>
</tr>
</thead>
<tbody>
<tr>
<td>1.0</td>
<td>0.1</td>
<td>1.47 <inline-formula id="ieqn-237"><mml:math id="mml-ieqn-237"><mml:mo>&#x00D7;</mml:mo><mml:msup><mml:mn>10</mml:mn><mml:mrow><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mn>4</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:math></inline-formula></td>
<td>1.0</td>
<td>0.5</td>
<td>1.0</td>
</tr>
</tbody>
</table>
</table-wrap>
<p>For Poisson&#x2019;s ratio <inline-formula id="ieqn-238"><mml:math id="mml-ieqn-238"><mml:mi>&#x03BD;</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0.3</mml:mn></mml:math></inline-formula> and horizon <inline-formula id="ieqn-239"><mml:math id="mml-ieqn-239"><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mtext>h</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">r</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0.0125</mml:mn><mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>&#x00A0;m</mml:mtext></mml:mrow></mml:mrow></mml:math></inline-formula>, the displacements predicted by the OSPD-BEM are compared with those predicted by the PD-MPM in <xref ref-type="fig" rid="fig-12">Figs. 12</xref>. One can find that both displacements in the direction <inline-formula id="ieqn-240"><mml:math id="mml-ieqn-240"><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">x</mml:mtext></mml:mrow></mml:math></inline-formula> and <inline-formula id="ieqn-241"><mml:math id="mml-ieqn-241"><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">y</mml:mtext></mml:mrow></mml:math></inline-formula> are consistent with those predicted by the PD-MPM. But utmost load <inline-formula id="ieqn-242"><mml:math id="mml-ieqn-242"><mml:msub><mml:mi>F</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>m</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula> and calculation time <inline-formula id="ieqn-243"><mml:math id="mml-ieqn-243"><mml:mi>t</mml:mi></mml:math></inline-formula> of both methods are different. For different horizons <inline-formula id="ieqn-244"><mml:math id="mml-ieqn-244"><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mtext>h</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">r</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula>, the utmost load <inline-formula id="ieqn-245"><mml:math id="mml-ieqn-245"><mml:msub><mml:mi>F</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>m</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula> and the calculation time <inline-formula id="ieqn-246"><mml:math id="mml-ieqn-246"><mml:mi>t</mml:mi></mml:math></inline-formula> predicted by OSPD-BEM and PD-MPM are displayed in <xref ref-type="fig" rid="fig-13">Figs. 13</xref> and <xref ref-type="fig" rid="fig-14">14</xref>.</p>
<fig id="fig-12">
<label>Figure 12</label>
<caption>
<title>Displacement predicted by the OSPD-BEM and PD-MPM for <inline-formula id="ieqn-247"><mml:math id="mml-ieqn-247"><mml:mi>&#x03BD;</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0.3</mml:mn></mml:math></inline-formula> (color online)</title>
</caption>
<graphic mimetype="image" mime-subtype="tif" xlink:href="CMES_46770-fig-12a.tif"/><graphic mimetype="image" mime-subtype="tif" xlink:href="CMES_46770-fig-12b.tif"/>
</fig><fig id="fig-13">
<label>Figure 13</label>
<caption>
<title>The load <inline-formula id="ieqn-248"><mml:math id="mml-ieqn-248"><mml:msub><mml:mi>F</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>m</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula> <italic>vs</italic>. the reciprocal of the horizon <inline-formula id="ieqn-249"><mml:math id="mml-ieqn-249"><mml:mn>1</mml:mn><mml:mrow><mml:mo>/</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mtext>h</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">r</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> (color online)</title>
</caption>
<graphic mimetype="image" mime-subtype="tif" xlink:href="CMES_46770-fig-13.tif"/>
</fig><fig id="fig-14">
<label>Figure 14</label>
<caption>
<title>The calculation time <inline-formula id="ieqn-250"><mml:math id="mml-ieqn-250"><mml:mi>t</mml:mi></mml:math></inline-formula> <italic>vs</italic>. the reciprocal of the horizon <inline-formula id="ieqn-251"><mml:math id="mml-ieqn-251"><mml:mn>1</mml:mn><mml:mrow><mml:mo>/</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mtext>h</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">r</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula>, <inline-formula id="ieqn-252"><mml:math id="mml-ieqn-252"><mml:mi>&#x03BD;</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0.3</mml:mn></mml:math></inline-formula> (color online)</title>
</caption>
<graphic mimetype="image" mime-subtype="tif" xlink:href="CMES_46770-fig-14.tif"/>
</fig>
<p>In <xref ref-type="fig" rid="fig-13">Fig. 13</xref>, we find the utmost load <inline-formula id="ieqn-253"><mml:math id="mml-ieqn-253"><mml:msub><mml:mi>F</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>m</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula> acquired through OSPD-BEM can be higher than the one predicted through PD-MPM, and their results are consistent with each other when horizon <inline-formula id="ieqn-254"><mml:math id="mml-ieqn-254"><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mtext>h</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">r</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> approaches zero. This phenomenon is consistent with the results in BBPD [<xref ref-type="bibr" rid="ref-21">21</xref>]. The utmost load <inline-formula id="ieqn-255"><mml:math id="mml-ieqn-255"><mml:msub><mml:mi>F</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>m</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula> decreases with an increment of Poisson&#x2019;s ratio, which agrees well with results in this literature [<xref ref-type="bibr" rid="ref-54">54</xref>]. The efficiency is demonstrated in <xref ref-type="fig" rid="fig-14">Fig. 14</xref>. The calculation time for PD-MPM sharply improves as a reduction of horizon <inline-formula id="ieqn-256"><mml:math id="mml-ieqn-256"><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mtext>h</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">r</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula>, while the one for OSPD-BEM does not change much. Meanwhile, the asymptotic compatibility [<xref ref-type="bibr" rid="ref-58">58</xref>] has also been demonstrated for the OSPD-BEM.</p>
</sec>
<sec id="s4_3">
<label>4.3</label>
<title>Wedge-Splitting Test</title>
<p>The wedge-splitting test is a significant experiment to investigate the fracture toughness of the concrete specimen [<xref ref-type="bibr" rid="ref-55">55</xref>,<xref ref-type="bibr" rid="ref-56">56</xref>]. Many numerical methods based on classical continuum mechanics [<xref ref-type="bibr" rid="ref-59">59</xref>,<xref ref-type="bibr" rid="ref-60">60</xref>] and PD theory [<xref ref-type="bibr" rid="ref-32">32</xref>,<xref ref-type="bibr" rid="ref-61">61</xref>] have been applied to simulate this experiment. In this section, the OSPD-BEM is used to simulate this experiment process, and our result will be compared with those of the ordinary state-based peridynamic mesh-free particle method (OSPD-MPM) predicted by Bie et al. [<xref ref-type="bibr" rid="ref-61">61</xref>]. The schematics of the wedge-splitting test specimen is displayed in <xref ref-type="fig" rid="fig-15">Fig. 15</xref>. The relative displacement <inline-formula id="ieqn-257"><mml:math id="mml-ieqn-257"><mml:mover><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">u</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo accent="false">&#x00AF;</mml:mo></mml:mover></mml:math></inline-formula> that is perpendicular to a crack is applied on the pre-cracked edge of a square plate, and hinge supports are applied to the symmetric points on the edge opposite the crack. The geometry and materials parameters are shown in <xref ref-type="table" rid="table-5">Table 5</xref>. <italic>E</italic> denotes elastic modulus; <inline-formula id="ieqn-258"><mml:math id="mml-ieqn-258"><mml:mi>&#x03BD;</mml:mi></mml:math></inline-formula> denotes Poisson&#x2019;s ratio; <inline-formula id="ieqn-259"><mml:math id="mml-ieqn-259"><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mtext>h</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">r</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> denotes horizon; <inline-formula id="ieqn-260"><mml:math id="mml-ieqn-260"><mml:msub><mml:mi>G</mml:mi><mml:mn>0</mml:mn></mml:msub></mml:math></inline-formula> denotes elastic limit energy density [<xref ref-type="bibr" rid="ref-32">32</xref>]; <inline-formula id="ieqn-261"><mml:math id="mml-ieqn-261"><mml:msub><mml:mi>G</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi><mml:mi>C</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula> denotes critical energy release rate [<xref ref-type="bibr" rid="ref-51">51</xref>]; <inline-formula id="ieqn-262"><mml:math id="mml-ieqn-262"><mml:msub><mml:mi>C</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>r</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula> denotes initial length of a crack.</p>
<fig id="fig-15">
<label>Figure 15</label>
<caption>
<title>The schematics for the wedge-splitting test specimen (color online)</title>
</caption>
<graphic mimetype="image" mime-subtype="tif" xlink:href="CMES_46770-fig-15.tif"/>
</fig><table-wrap id="table-5">
<label>Table 5</label>
<caption>
<title>Calculation parameters for the wedge-splitting test</title>
</caption>
<table frame="hsides">
<colgroup>
<col/>
<col/>
<col/>
<col/>
<col/>
<col/>
<col/>
<col/>
<col/>
<col/>
</colgroup>
<thead>
<tr>
<th><inline-formula id="ieqn-263"><mml:math id="mml-ieqn-263"><mml:mi>E</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>GPa</mml:mtext></mml:mrow></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula></th>
<th><inline-formula id="ieqn-264"><mml:math id="mml-ieqn-264"><mml:mi>&#x03BD;</mml:mi></mml:math></inline-formula></th>
<th><inline-formula id="ieqn-265"><mml:math id="mml-ieqn-265"><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mtext>h</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">r</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>m</mml:mtext></mml:mrow></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula></th>
<th><inline-formula id="ieqn-266"><mml:math id="mml-ieqn-266"><mml:msub><mml:mi>G</mml:mi><mml:mn>0</mml:mn></mml:msub><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>Pa</mml:mtext></mml:mrow></mml:mrow><mml:mo>&#x22C5;</mml:mo><mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>m</mml:mtext></mml:mrow></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula></th>
<th><inline-formula id="ieqn-267"><mml:math id="mml-ieqn-267"><mml:msub><mml:mi>G</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi><mml:mi>C</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>Pa</mml:mtext></mml:mrow></mml:mrow><mml:mo>&#x22C5;</mml:mo><mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>m</mml:mtext></mml:mrow></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula></th>
<th><inline-formula id="ieqn-268"><mml:math id="mml-ieqn-268"><mml:msub><mml:mi>C</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>r</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>m</mml:mtext></mml:mrow></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula></th>
<th><inline-formula id="ieqn-269"><mml:math id="mml-ieqn-269"><mml:mi>L</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>m</mml:mtext></mml:mrow></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula></th>
<th><inline-formula id="ieqn-270"><mml:math id="mml-ieqn-270"><mml:mi>B</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>m</mml:mtext></mml:mrow></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula></th>
<th><inline-formula id="ieqn-271"><mml:math id="mml-ieqn-271"><mml:mi>H</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>m</mml:mtext></mml:mrow></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula></th>
<th><inline-formula id="ieqn-272"><mml:math id="mml-ieqn-272"><mml:mi>s</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>m</mml:mtext></mml:mrow></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula></th>
</tr>
</thead>
<tbody>
<tr>
<td>28.3</td>
<td>0.2</td>
<td>0.128</td>
<td>24.5</td>
<td>490</td>
<td>1.6</td>
<td>3.2</td>
<td>1.6</td>
<td>3.2</td>
<td>1.6</td>
</tr>
</tbody>
</table>
</table-wrap>
<p>To describe the propagation process of a crack, the curve of the crack length <italic>vs</italic>. the crack mouth opening displacement (CMOD) is given in <xref ref-type="fig" rid="fig-16">Fig. 16</xref>. Some specific crack propagation diagrams are shown in <xref ref-type="fig" rid="fig-17">Fig. 17</xref>. The main purpose of the wedge-splitting test is to obtain the curve about the external load <italic>vs</italic>. CMOD. This curve is related to the fracture toughness of a concrete specimen [<xref ref-type="bibr" rid="ref-55">55</xref>]. Drawing upon the crack propagation model of the OSPD-BEM in <xref ref-type="sec" rid="s3">Section 3</xref>, the curve of the load <italic>vs</italic>. the CMOD is given in <xref ref-type="fig" rid="fig-18">Fig. 18</xref>. In <xref ref-type="fig" rid="fig-18">Fig. 18</xref>, we find the result of the OSPD-BEM is closer to the experimental result [<xref ref-type="bibr" rid="ref-56">56</xref>] than the one of PD-MPM in [<xref ref-type="bibr" rid="ref-61">61</xref>]. The reasons originate from two aspects. First, the OSPD-BEM is more accurate as a semi-analytical calculation method. Second, the softening process observed in the test [<xref ref-type="bibr" rid="ref-60">60</xref>,<xref ref-type="bibr" rid="ref-62">62</xref>] is introduced into the crack propagation model.</p>
<fig id="fig-16">
<label>Figure 16</label>
<caption>
<title>The crack length <italic>vs</italic>. the CMOD (color online)</title>
</caption>
<graphic mimetype="image" mime-subtype="tif" xlink:href="CMES_46770-fig-16.tif"/>
</fig><fig id="fig-17">
<label>Figure 17</label>
<caption>
<title>The crack propagation diagram (color online)</title>
</caption>
<graphic mimetype="image" mime-subtype="tif" xlink:href="CMES_46770-fig-17.tif"/>
</fig><fig id="fig-18">
<label>Figure 18</label>
<caption>
<title>The load <italic>vs</italic>. the CMOD (color online)</title>
</caption>
<graphic mimetype="image" mime-subtype="tif" xlink:href="CMES_46770-fig-18.tif"/>
</fig>
<p>The crack initiation load <inline-formula id="ieqn-273"><mml:math id="mml-ieqn-273"><mml:msub><mml:mi>F</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>m</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula> (i.e., the peak value in <xref ref-type="fig" rid="fig-18">Fig. 18</xref>) and its corresponding CMOD <inline-formula id="ieqn-274"><mml:math id="mml-ieqn-274"><mml:msub><mml:mi>U</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>m</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula> are significant parameters for the fracture toughness of the concrete specimen. We further compare the fracture toughness predicted by our OSPD-BEM and Bie et al. [<xref ref-type="bibr" rid="ref-61">61</xref>] with the experimental results in <xref ref-type="table" rid="table-6">Table 6</xref>. The error is calculated based on the experimental result [<xref ref-type="bibr" rid="ref-56">56</xref>]. In <xref ref-type="table" rid="table-6">Table 6</xref>, the accuracies of <inline-formula id="ieqn-275"><mml:math id="mml-ieqn-275"><mml:msub><mml:mi>F</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>m</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula> and <inline-formula id="ieqn-276"><mml:math id="mml-ieqn-276"><mml:msub><mml:mi>U</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>m</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula> are respectively improved by one time and seven times when we compare the OSPD-BEM and Bie et al. [<xref ref-type="bibr" rid="ref-61">61</xref>] with the experimental result [<xref ref-type="bibr" rid="ref-56">56</xref>].</p>
<table-wrap id="table-6">
<label>Table 6</label>
<caption>
<title>Fracture toughness comparison</title>
</caption>
<table frame="hsides">
<colgroup>
<col align="left"/>
<col align="left"/>
<col align="left"/>
<col align="left"/>
<col align="left"/>
<col align="left"/>
</colgroup>
<thead>
<tr>
<th></th>
<th>Experimental result [<xref ref-type="bibr" rid="ref-56">56</xref>]</th>
<th>Bie et al. [<xref ref-type="bibr" rid="ref-61">61</xref>]</th>
<th>Error <inline-formula id="ieqn-277"><mml:math id="mml-ieqn-277"><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">&#x0025;</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula></th>
<th>OSPD-BEM</th>
<th>Error <inline-formula id="ieqn-278"><mml:math id="mml-ieqn-278"><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">&#x0025;</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula></th>
</tr>
</thead>
<tbody>
<tr>
<td><inline-formula id="ieqn-279"><mml:math id="mml-ieqn-279"><mml:msub><mml:mi>F</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>m</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>kN</mml:mtext></mml:mrow></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula></td>
<td>164.0</td>
<td>171.0</td>
<td>4.27</td>
<td>167.5</td>
<td>2.134</td>
</tr>
<tr>
<td><inline-formula id="ieqn-280"><mml:math id="mml-ieqn-280"><mml:msub><mml:mi>U</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>m</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>mm</mml:mtext></mml:mrow></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula></td>
<td>0.92</td>
<td>0.7</td>
<td>23.9</td>
<td>0.95</td>
<td>3.26</td>
</tr>
</tbody>
</table>
</table-wrap>
<p>Considering the calculation efficiency, we find that it takes 44000 s to simulate the wedge-splitting test in <xref ref-type="fig" rid="fig-15">Fig. 15</xref> with the OSPD-MPM [<xref ref-type="bibr" rid="ref-61">61</xref>], while the time consumption has been reduced to 21000 s with the coupling method [<xref ref-type="bibr" rid="ref-61">61</xref>] between the OSPD-MPM and the node-based smoothed finite element method (NS-FEM). Nevertheless, the OSPD-BEM only takes 11000 s to deal with the same problem in <xref ref-type="fig" rid="fig-15">Fig. 15</xref>. The calculation efficiency is respectively improved by three times and one time compared with the OSPD-MPM [<xref ref-type="bibr" rid="ref-61">61</xref>] and the coupling method [<xref ref-type="bibr" rid="ref-61">61</xref>]. By the way, 200 boundary elements are used in the OSPD-BEM for the simulation result in <xref ref-type="fig" rid="fig-15">Fig. 15</xref>. The computer equipment is displayed as (1) CPU: 12th Gen Intel(R) Core(TM) i5-1240P 1.70 GHz; (2) RAM: 16.0 GB; (3) OS: Windows 11 Home 22H2 64 bit.</p>
</sec>
<sec id="s4_4">
<label>4.4</label>
<title>Three Point Bending Test</title>
<p>The three-point bending experiment is the main experimental approach to measure the mechanical properties of materials [<xref ref-type="bibr" rid="ref-63">63</xref>,<xref ref-type="bibr" rid="ref-64">64</xref>]. The beam with a central crack is executed by the three-point bending experimental to investigate fracture toughness in <xref ref-type="fig" rid="fig-19">Fig. 19</xref>. As displayed in <xref ref-type="fig" rid="fig-19">Fig. 19</xref>, <inline-formula id="ieqn-281"><mml:math id="mml-ieqn-281"><mml:mover><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">u</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo accent="false">&#x00AF;</mml:mo></mml:mover></mml:math></inline-formula> represents displacement loading, while the hinge support and the fixed support are applied to both ends of the beam.</p>
<fig id="fig-19">
<label>Figure 19</label>
<caption>
<title>The schematics for the three-point bending test specimen (color online)</title>
</caption>
<graphic mimetype="image" mime-subtype="tif" xlink:href="CMES_46770-fig-19.tif"/>
</fig>
<p>The geometry and materials parameters are shown in <xref ref-type="table" rid="table-7">Table 7</xref>. In <xref ref-type="table" rid="table-7">Table 7</xref>, <italic>E</italic> denotes elastic modulus; <inline-formula id="ieqn-282"><mml:math id="mml-ieqn-282"><mml:mi>&#x03BD;</mml:mi></mml:math></inline-formula> denotes Poisson&#x2019;s ratio; <inline-formula id="ieqn-283"><mml:math id="mml-ieqn-283"><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mtext>h</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">r</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> denotes horizon; <inline-formula id="ieqn-284"><mml:math id="mml-ieqn-284"><mml:msub><mml:mi>G</mml:mi><mml:mn>0</mml:mn></mml:msub></mml:math></inline-formula> denotes elastic limit energy density [<xref ref-type="bibr" rid="ref-32">32</xref>]; <inline-formula id="ieqn-285"><mml:math id="mml-ieqn-285"><mml:msub><mml:mi>G</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi><mml:mi>C</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula> denotes critical energy release rate [<xref ref-type="bibr" rid="ref-51">51</xref>]; <inline-formula id="ieqn-286"><mml:math id="mml-ieqn-286"><mml:msub><mml:mi>C</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>r</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula> denotes initial length of crack. The three-point bending experiment in <xref ref-type="fig" rid="fig-19">Fig. 19</xref> is simulated with a crack propagation model of OSPD-BEM in <xref ref-type="sec" rid="s3">Section 3</xref>. To describe the propagation process of the crack, the curve of the crack length <italic>vs</italic>. the CMOD is given in <xref ref-type="fig" rid="fig-20">Fig. 20</xref>. Some specific crack propagation diagrams are shown in <xref ref-type="fig" rid="fig-21">Fig. 21</xref>.</p>
<table-wrap id="table-7">
<label>Table 7</label>
<caption>
<title>Calculation parameters for the three-point bending test</title>
</caption>
<table frame="hsides">
<colgroup>
<col/>
<col/>
<col/>
<col/>
<col/>
<col/>
<col/>
<col/>
<col/>
</colgroup>
<thead>
<tr>
<th><inline-formula id="ieqn-287"><mml:math id="mml-ieqn-287"><mml:mi>E</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>GPa</mml:mtext></mml:mrow></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula></th>
<th><inline-formula id="ieqn-288"><mml:math id="mml-ieqn-288"><mml:mi>&#x03BD;</mml:mi></mml:math></inline-formula></th>
<th><inline-formula id="ieqn-289"><mml:math id="mml-ieqn-289"><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mtext>h</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">r</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>m</mml:mtext></mml:mrow></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula></th>
<th><inline-formula id="ieqn-290"><mml:math id="mml-ieqn-290"><mml:msub><mml:mi>G</mml:mi><mml:mn>0</mml:mn></mml:msub><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>Pa</mml:mtext></mml:mrow></mml:mrow><mml:mo>&#x22C5;</mml:mo><mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>m</mml:mtext></mml:mrow></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula></th>
<th><inline-formula id="ieqn-291"><mml:math id="mml-ieqn-291"><mml:msub><mml:mi>G</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi><mml:mi>C</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>Pa</mml:mtext></mml:mrow></mml:mrow><mml:mo>&#x22C5;</mml:mo><mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>m</mml:mtext></mml:mrow></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula></th>
<th><inline-formula id="ieqn-292"><mml:math id="mml-ieqn-292"><mml:msub><mml:mi>C</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>r</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>m</mml:mtext></mml:mrow></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula></th>
<th><inline-formula id="ieqn-293"><mml:math id="mml-ieqn-293"><mml:mi>L</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>m</mml:mtext></mml:mrow></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula></th>
<th><inline-formula id="ieqn-294"><mml:math id="mml-ieqn-294"><mml:mi>B</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>m</mml:mtext></mml:mrow></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula></th>
<th><inline-formula id="ieqn-295"><mml:math id="mml-ieqn-295"><mml:mi>s</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>m</mml:mtext></mml:mrow></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula></th>
</tr>
</thead>
<tbody>
<tr>
<td>35.77</td>
<td>0.1</td>
<td>0.015</td>
<td>1.145</td>
<td>9.8</td>
<td>0.045</td>
<td>0.6</td>
<td>0.15</td>
<td>0.3</td>
</tr>
</tbody>
</table>
</table-wrap><fig id="fig-20">
<label>Figure 20</label>
<caption>
<title>The crack length <italic>vs</italic>. the CMOD (color online)</title>
</caption>
<graphic mimetype="image" mime-subtype="tif" xlink:href="CMES_46770-fig-20.tif"/>
</fig><fig id="fig-21">
<label>Figure 21</label>
<caption>
<title>The crack propagation diagram (color online)</title>
</caption>
<graphic mimetype="image" mime-subtype="tif" xlink:href="CMES_46770-fig-21.tif"/>
</fig>
<p>The curved line of external load <italic>vs</italic>. CMOD is given in <xref ref-type="fig" rid="fig-22">Fig. 22</xref>, and we compare OSPD-BEM results with FEM results predicted by Carpinteri et al. [<xref ref-type="bibr" rid="ref-62">62</xref>] and the bond-based peridynamic mesh-free particle method (BBPD-MPM) results predicted by Zaccariotto et al. [<xref ref-type="bibr" rid="ref-32">32</xref>,<xref ref-type="bibr" rid="ref-33">33</xref>] in <xref ref-type="fig" rid="fig-22">Fig. 22</xref>. We find the result of the OSPD-BEM is closer to those of Carpinteri et al. [<xref ref-type="bibr" rid="ref-62">62</xref>] than those of Zaccariotto et al. [<xref ref-type="bibr" rid="ref-32">32</xref>,<xref ref-type="bibr" rid="ref-33">33</xref>]. The reason stems from the effect of Poisson&#x2019;s ratio. The OSPD-BEM and Carpinteri et al. [<xref ref-type="bibr" rid="ref-62">62</xref>] can adopt a real Poisson&#x2019;s ratio, while Zaccariotto et al. [<xref ref-type="bibr" rid="ref-32">32</xref>,<xref ref-type="bibr" rid="ref-33">33</xref>] is trapped in a fixed Poisson&#x2019;s ratio. As displayed in [<xref ref-type="bibr" rid="ref-65">65</xref>], the effect of Poisson&#x2019;s ratio becomes obvious, when a crack approaches boundary. The crack initiation load <inline-formula id="ieqn-296"><mml:math id="mml-ieqn-296"><mml:msub><mml:mi>F</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>m</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula> (i.e., the peak value in <xref ref-type="fig" rid="fig-22">Fig. 22</xref>) and its corresponding CMOD <inline-formula id="ieqn-297"><mml:math id="mml-ieqn-297"><mml:msub><mml:mi>U</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>m</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula> in <xref ref-type="fig" rid="fig-22">Fig. 22</xref> corresponding to Carpinteri et al. [<xref ref-type="bibr" rid="ref-62">62</xref>], Zaccariotto et al. [<xref ref-type="bibr" rid="ref-32">32</xref>,<xref ref-type="bibr" rid="ref-33">33</xref>] and the OSPD-BEM are shown in <xref ref-type="table" rid="table-8">Table 8</xref>. The prediction of the fracture toughness parameters is close for these three numerical approaches.</p>
<fig id="fig-22">
<label>Figure 22</label>
<caption>
<title>The load <italic>vs</italic>. the CMOD (color online)</title>
</caption>
<graphic mimetype="image" mime-subtype="tif" xlink:href="CMES_46770-fig-22.tif"/>
</fig><table-wrap id="table-8">
<label>Table 8</label>
<caption>
<title>Fracture toughness comparison</title>
</caption>
<table frame="hsides">
<colgroup>
<col align="left"/>
<col align="left"/>
<col align="left"/>
<col align="left"/>
</colgroup>
<thead>
<tr>
<th></th>
<th>Carpinteri et al. [<xref ref-type="bibr" rid="ref-62">62</xref>]</th>
<th>Zaccariotto et al. [<xref ref-type="bibr" rid="ref-32">32</xref>,<xref ref-type="bibr" rid="ref-33">33</xref>]</th>
<th>OSPD-BEM</th>
</tr>
</thead>
<tbody>
<tr>
<td><inline-formula id="ieqn-298"><mml:math id="mml-ieqn-298"><mml:msub><mml:mi>F</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>m</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>kN</mml:mtext></mml:mrow></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula></td>
<td>4.73</td>
<td>4.66</td>
<td>4.75</td>
</tr>
<tr>
<td><inline-formula id="ieqn-299"><mml:math id="mml-ieqn-299"><mml:msub><mml:mi>U</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>m</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x03BC;</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">m</mml:mi></mml:mrow></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula></td>
<td>33.15</td>
<td>33.15</td>
<td>33.15</td>
</tr>
</tbody>
</table>
</table-wrap>
</sec>
</sec>
<sec id="s5">
<label>5</label>
<title>Conclusions</title>
<p>In our research, we propose OSPD-BEM as an enhancement over prior efforts [<xref ref-type="bibr" rid="ref-21">21</xref>]. This method inherits the advantages of the BBPD-BEM [<xref ref-type="bibr" rid="ref-21">21</xref>]. Firstly, it eliminates the boundary softening phenomenon [<xref ref-type="bibr" rid="ref-57">57</xref>] resulting from boundary discretization. Secondly, it facilitates problem-solving in infinite domains. Thirdly, it exhibits advantages in terms of accuracy and efficiency compared to numerical methods that discretize the entire domain. In addition, this method is based on the OSPD, overcoming theoretical limitations present in previous works [<xref ref-type="bibr" rid="ref-21">21</xref>], such as fixed Poisson&#x2019;s ratio. Furthermore, we introduce a fracture calculation model tailored for OSPD-BEM to investigate basic crack propagation problems. In future research, a viable approach to tackling complex crack growth problems, such as multiple cracks and crack branching, might involve the utilization of a coupling method [<xref ref-type="bibr" rid="ref-66">66</xref>,<xref ref-type="bibr" rid="ref-67">67</xref>]. This method would integrate PD-MPM and OSPD-BEM in a complementary manner, with PD-MPM applied in cracked regions and OSPD-BEM in uncracked regions.</p>
</sec>
</body>
<back>
<ack><p>We acknowledge the High-Performance Computing Platform of Peking University for providing computational resources.</p>
</ack>
<sec><title>Funding Statement</title>
<p>The work is supported by the National Key R&#x0026;D Program of China (2020YFA0710500).</p>
</sec>
<sec><title>Author Contributions</title>
<p>The authors confirm contribution to the paper as follows: study conception and design: Xue Liang, Linjuan Wang; data collection: Xue Liang; analysis and interpretation of results: Xue Liang, Linjuan Wang; draft manuscript preparation: Xue Liang, Linjuan Wang. All authors reviewed the results and approved the final version of the manuscript.</p>
</sec>
<sec sec-type="data-availability"><title>Availability of Data and Materials</title>
<p>The data that support the findings of this study are available from the corresponding author upon reasonable request.</p>
</sec>
<sec sec-type="COI-statement"><title>Conflicts of Interest</title>
<p>The authors declare that they have no conflicts of interest to report regarding the present study.</p>
</sec>
<ref-list content-type="authoryear">
<title>References</title>
<ref id="ref-1"><label>1.</label><mixed-citation publication-type="journal"><person-group person-group-type="author"><string-name><surname>Silling</surname>, <given-names>S. A.</given-names></string-name></person-group> (<year>2000</year>). <article-title>Reformulation of elasticity theory for discontinuities and long-range forces</article-title>. <source>Journal of the Mechanics and Physics of Solids</source><italic>,</italic> <volume>48</volume><italic>(</italic><issue>1</issue><italic>),</italic> <fpage>175</fpage>&#x2013;<lpage>209</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1016/S0022-5096(99)00029-0</pub-id></mixed-citation></ref>
<ref id="ref-2"><label>2.</label><mixed-citation publication-type="journal"><person-group person-group-type="author"><string-name><surname>Silling</surname>, <given-names>S. A.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Epton</surname>, <given-names>M.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Weckner</surname>, <given-names>O.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Xu</surname>, <given-names>J.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Askari</surname>, <given-names>E.</given-names></string-name></person-group> (<year>2007</year>). <article-title>Peridynamic states and constitutive modeling</article-title>. <source>Journal of Elasticity</source><italic>,</italic> <volume>88</volume><italic>,</italic> <fpage>151</fpage>&#x2013;<lpage>184</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1007/s10659-007-9125-1</pub-id></mixed-citation></ref>
<ref id="ref-3"><label>3.</label><mixed-citation publication-type="journal"><person-group person-group-type="author"><string-name><surname>Ren</surname>, <given-names>H.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Zhuang</surname>, <given-names>X.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Rabczuk</surname>, <given-names>T.</given-names></string-name></person-group> (<year>2017</year>). <article-title>Dual-horizon peridynamics: A stable solution to varying horizons</article-title>. <source>Computer Methods in Applied Mechanics and Engineering</source><italic>,</italic> <volume>318</volume><italic>,</italic> <fpage>762</fpage>&#x2013;<lpage>782</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1016/j.cma.2016.12.031</pub-id></mixed-citation></ref>
<ref id="ref-4"><label>4.</label><mixed-citation publication-type="journal"><person-group person-group-type="author"><string-name><surname>Ren</surname>, <given-names>H.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Zhuang</surname>, <given-names>X.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Cai</surname>, <given-names>Y.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Rabczuk</surname>, <given-names>T.</given-names></string-name></person-group> (<year>2016</year>). <article-title>Dual-horizon peridynamics</article-title>. <source>International Journal for Numerical Methods in Engineering</source><italic>,</italic> <volume>108</volume><italic>(</italic><issue>12</issue><italic>),</italic> <fpage>1451</fpage>&#x2013;<lpage>1476</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1002/nme.5257</pub-id></mixed-citation></ref>
<ref id="ref-5"><label>5.</label><mixed-citation publication-type="journal"><person-group person-group-type="author"><string-name><surname>Rabczuk</surname>, <given-names>T.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Ren</surname>, <given-names>H.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Zhuang</surname>, <given-names>X.</given-names></string-name></person-group> (<year>2019</year>). <article-title>A nonlocal operator method for partial differential equations with application to electromagnetic waveguide problem</article-title>. <source>Computers, Materials &#x0026; Continua</source><italic>,</italic> <volume>59</volume><italic>(</italic><issue>1</issue><italic>),</italic> <fpage>31</fpage>&#x2013;<lpage>55</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.32604/cmc.2019.04567</pub-id></mixed-citation></ref>
<ref id="ref-6"><label>6.</label><mixed-citation publication-type="journal"><person-group person-group-type="author"><string-name><surname>Liu</surname>, <given-names>S.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Fang</surname>, <given-names>G.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Liang</surname>, <given-names>J.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Fu</surname>, <given-names>M.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Wang</surname>, <given-names>B.</given-names></string-name></person-group> (<year>2020</year>). <article-title>A new type of peridynamics: Element-based peridynamics</article-title>. <source>Computer Methods in Applied Mechanics and Engineering</source><italic>,</italic> <volume>366</volume><italic>,</italic> <pub-id pub-id-type="doi">10.1016/j.cma.2020.113098</pub-id></mixed-citation></ref>
<ref id="ref-7"><label>7.</label><mixed-citation publication-type="journal"><person-group person-group-type="author"><string-name><surname>Liu</surname>, <given-names>S.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Fang</surname>, <given-names>G.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Liang</surname>, <given-names>J.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Fu</surname>, <given-names>M.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Wang</surname>, <given-names>B.</given-names></string-name> <etal>et al.</etal></person-group> (<year>2021</year>). <article-title>Study of three-dimensional Euler-Bernoulli beam structures using element-based peridynamic model</article-title>. <source>European Journal of Mechanics/A Solids</source><italic>,</italic> <volume>86</volume><italic>,</italic> <fpage>104186</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1016/j.euromechsol.2020.104186</pub-id></mixed-citation></ref>
<ref id="ref-8"><label>8.</label><mixed-citation publication-type="journal"><person-group person-group-type="author"><string-name><surname>Tian</surname>, <given-names>D.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Zhou</surname>, <given-names>X.</given-names></string-name></person-group> (<year>2022</year>). <article-title>A viscoelastic model of geometry-constraint-based non-ordinary state-based peridynamics with progressive damage</article-title>. <source>Computational Mechanics</source><italic>,</italic> <volume>69</volume><italic>,</italic> <fpage>1413</fpage>&#x2013;<lpage>1441</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1007/s00466-022-02148-z</pub-id></mixed-citation></ref>
<ref id="ref-9"><label>9.</label><mixed-citation publication-type="journal"><person-group person-group-type="author"><string-name><surname>Xiao</surname>, <given-names>Y.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Wu</surname>, <given-names>J.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Shen</surname>, <given-names>H.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Hu</surname>, <given-names>X.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Yong</surname>, <given-names>H.</given-names></string-name></person-group> (<year>2023</year>). <article-title>Damage behavior in Bi-2212 round wire with 3D elastoplastic peridynamic</article-title>. <source>Acta Mechanica Sinica</source><italic>,</italic> <volume>39</volume><italic>,</italic> <pub-id pub-id-type="doi">10.1007/s10409-023-22431-x</pub-id></mixed-citation></ref>
<ref id="ref-10"><label>10.</label><mixed-citation publication-type="journal"><person-group person-group-type="author"><string-name><surname>Liu</surname>, <given-names>D.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Liu</surname>, <given-names>N.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Zhou</surname>, <given-names>W.</given-names></string-name></person-group> (<year>2017</year>). <article-title>Peridynamic modelling of impact damage in three-point bending beam with offset notch</article-title>. <source>Applied Mathematics and Mechanics (English Edition)</source><italic>,</italic> <volume>38</volume><italic>(</italic><issue>1</issue><italic>),</italic> <fpage>99</fpage>&#x2013;<lpage>110</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1007/s10483-017-2158-6</pub-id></mixed-citation></ref>
<ref id="ref-11"><label>11.</label><mixed-citation publication-type="journal"><person-group person-group-type="author"><string-name><surname>Wang</surname>, <given-names>X.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Tong</surname>, <given-names>Q.</given-names></string-name></person-group> (<year>2023</year>). <article-title>Peridynamic modeling of delayed fracture in electrodes during lithiation</article-title>. <source>Computer Methods in Applied Mechanics and Engineering</source><italic>,</italic> <volume>404</volume><italic>,</italic> <fpage>115774</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1016/j.cma.2022.115774</pub-id></mixed-citation></ref>
<ref id="ref-12"><label>12.</label><mixed-citation publication-type="journal"><person-group person-group-type="author"><string-name><surname>Ongaro</surname>, <given-names>G.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Bertani</surname>, <given-names>R.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Galvanetto</surname>, <given-names>U.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Pontefisso</surname>, <given-names>A.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Zaccariotto</surname>, <given-names>M.</given-names></string-name></person-group> (<year>2022</year>). <article-title>A multiscale peridynamic framework for modelling mechanical properties of polymer-based nanocomposites</article-title>. <source>Engineering Fracture Mechanics</source><italic>,</italic> <volume>274</volume><italic>,</italic> <fpage>108751</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1016/j.engfracmech.2022.108751</pub-id></mixed-citation></ref>
<ref id="ref-13"><label>13.</label><mixed-citation publication-type="journal"><person-group person-group-type="author"><string-name><surname>Wu</surname>, <given-names>P.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Chen</surname>, <given-names>Z.</given-names></string-name></person-group> (<year>2023</year>). <article-title>Peridynamic electromechanical modeling of damaging and cracking in conductive composites: A stochastically homogenized approach</article-title>. <source>Composite Structures</source><italic>,</italic> <volume>305</volume><italic>,</italic> <fpage>116528</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1016/j.compstruct.2022.116528</pub-id></mixed-citation></ref>
<ref id="ref-14"><label>14.</label><mixed-citation publication-type="journal"><person-group person-group-type="author"><string-name><surname>Silling</surname>, <given-names>S. A.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Fermen-Coker</surname>, <given-names>M.</given-names></string-name></person-group> (<year>2021</year>). <article-title>Peridynamic model for microballistic perforation of multilayer graphene</article-title>. <source>Theoretical and Applied Fracture Mechanics</source><italic>,</italic> <volume>113</volume><italic>,</italic> <fpage>102947</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1016/j.tafmec.2021.102947</pub-id></mixed-citation></ref>
<ref id="ref-15"><label>15.</label><mixed-citation publication-type="journal"><person-group person-group-type="author"><string-name><surname>Nowak</surname>, <given-names>M.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Mulewska</surname>, <given-names>K.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Azarov</surname>, <given-names>A.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Kurpaska</surname>, <given-names>L.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Ustrzycka</surname>, <given-names>A.</given-names></string-name></person-group> (<year>2023</year>). <article-title>A peridynamic elasto-plastic damage model for ion-irradiated materials</article-title>. <source>International Journal of Mechanical Sciences</source><italic>,</italic> <volume>237</volume><italic>,</italic> <fpage>107806</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1016/j.ijmecsci.2022.107806</pub-id></mixed-citation></ref>
<ref id="ref-16"><label>16.</label><mixed-citation publication-type="journal"><person-group person-group-type="author"><string-name><surname>Yang</surname>, <given-names>S.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Gu</surname>, <given-names>X.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Zhang</surname>, <given-names>Q.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Xia</surname>, <given-names>X.</given-names></string-name></person-group> (<year>2021</year>). <article-title>Bond-associated non-ordinary state-based peridynamic model for multiple spalling simulation of concrete</article-title>. <source>Acta Mechanica Sinica</source><italic>,</italic> <volume>37</volume><italic>(</italic><issue>7</issue><italic>),</italic> <fpage>1104</fpage>&#x2013;<lpage>1135</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1007/s10409-021-01055-5</pub-id></mixed-citation></ref>
<ref id="ref-17"><label>17.</label><mixed-citation publication-type="journal"><person-group person-group-type="author"><string-name><surname>Silling</surname>, <given-names>S. A.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Askari</surname>, <given-names>E.</given-names></string-name></person-group> (<year>2005</year>). <article-title>A meshfree method based on the peridynamic model of solid mechanics</article-title>. <source>Theoretical and Applied Fracture Mechanics</source><italic>,</italic> <volume>83</volume><italic>(</italic><issue>17&#x2013;18</issue><italic>),</italic> <fpage>1526</fpage>&#x2013;<lpage>1535</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1016/j.compstruc.2004.11.026</pub-id></mixed-citation></ref>
<ref id="ref-18"><label>18.</label><mixed-citation publication-type="journal"><person-group person-group-type="author"><string-name><surname>Kilic</surname>, <given-names>B.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Madenci</surname>, <given-names>E.</given-names></string-name></person-group> (<year>2009</year>). <article-title>Structural stability and failure analysis using peridynamic theory</article-title>. <source>International Journal of Non-Linear Mechanics</source><italic>,</italic> <volume>44</volume><italic>(</italic><issue>8</issue><italic>),</italic> <fpage>845</fpage>&#x2013;<lpage>854</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1016/j.ijnonlinmec.2009.05.007</pub-id></mixed-citation></ref>
<ref id="ref-19"><label>19.</label><mixed-citation publication-type="journal"><person-group person-group-type="author"><string-name><surname>Chen</surname>, <given-names>X.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Gunzburger</surname>, <given-names>M.</given-names></string-name></person-group> (<year>2011</year>). <article-title>Continuous and discontinuous finite element methods for a peridynamics model of mechanics</article-title>. <source>Computer Methods in Applied Mechanics and Engineering</source><italic>,</italic> <volume>200</volume><italic>(</italic><issue>9&#x2013;12</issue><italic>),</italic> <fpage>1237</fpage>&#x2013;<lpage>1250</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1016/j.cma.2010.10.014</pub-id></mixed-citation></ref>
<ref id="ref-20"><label>20.</label><mixed-citation publication-type="journal"><person-group person-group-type="author"><string-name><surname>Tian</surname>, <given-names>X.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Du</surname>, <given-names>Q.</given-names></string-name></person-group> (<year>2013</year>). <article-title>Analysis and comparison of different approximation to nonlocal diffusion and linear peridynamic equations</article-title>. <source>Siam Journal on Numerical Analysis</source><italic>,</italic> <volume>51</volume><italic>(</italic><issue>6</issue><italic>),</italic> <fpage>3458</fpage>&#x2013;<lpage>3482</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1137/13091631X</pub-id></mixed-citation></ref>
<ref id="ref-21"><label>21.</label><mixed-citation publication-type="journal"><person-group person-group-type="author"><string-name><surname>Liang</surname>, <given-names>X.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Wang</surname>, <given-names>L.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Xu</surname>, <given-names>J.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Wang</surname>, <given-names>J.</given-names></string-name></person-group> (<year>2021</year>). <article-title>The boundary element method of peridynamics</article-title>. <source>International Journal for Numerical Methods in Engineering</source><italic>,</italic> <volume>122</volume><italic>(</italic><issue>20</issue><italic>),</italic> <fpage>5558</fpage>&#x2013;<lpage>5593</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1002/nme.6764</pub-id></mixed-citation></ref>
<ref id="ref-22"><label>22.</label><mixed-citation publication-type="journal"><person-group person-group-type="author"><string-name><surname>Liu</surname>, <given-names>W.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Hong</surname>, <given-names>J. W.</given-names></string-name></person-group> (<year>2012</year>). <article-title>A coupling approach of discretized peridynamics with finite element method</article-title>. <source>Computer Methods in Applied Mechanics and Engineering</source><italic>,</italic> <volume>245&#x2013;246</volume><italic>,</italic> <fpage>163</fpage>&#x2013;<lpage>175</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1016/j.cma.2012.07.006</pub-id></mixed-citation></ref>
<ref id="ref-23"><label>23.</label><mixed-citation publication-type="journal"><person-group person-group-type="author"><string-name><surname>Fang</surname>, <given-names>G.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Liu</surname>, <given-names>S.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Fu</surname>, <given-names>M.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Wang</surname>, <given-names>B.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Wu</surname>, <given-names>Z.</given-names></string-name> <etal>et al.</etal></person-group> (<year>2019</year>). <article-title>A method to couple state-based peridynamics and finite element method for crack propagation problem</article-title>. <source>Mechanics Research Communications</source><italic>,</italic> <volume>95</volume><italic>,</italic> <fpage>89</fpage>&#x2013;<lpage>95</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1016/j.mechrescom.2019.01.005</pub-id></mixed-citation></ref>
<ref id="ref-24"><label>24.</label><mixed-citation publication-type="journal"><person-group person-group-type="author"><string-name><surname>Dong</surname>, <given-names>Y.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Su</surname>, <given-names>C.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Qiao</surname>, <given-names>P.</given-names></string-name></person-group> (<year>2020</year>). <article-title>A stability-enhanced peridynamic element to couple non-ordinary state-based peridynamics with finite element method for fracture analysis</article-title>. <source>Finite Elements in Analysis and Design</source><italic>,</italic> <volume>181</volume><italic>,</italic> <fpage>103480</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1016/j.finel.2020.103480</pub-id></mixed-citation></ref>
<ref id="ref-25"><label>25.</label><mixed-citation publication-type="journal"><person-group person-group-type="author"><string-name><surname>Yang</surname>, <given-names>Y.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Liu</surname>, <given-names>Y.</given-names></string-name></person-group> (<year>2021</year>). <article-title>Modeling of cracks in two-dimensional elastic bodies by coupling the boundary element method with peridynamics</article-title>. <source>International Journal of Solids and Structures</source><italic>,</italic> <volume>217&#x2013;218</volume><italic>,</italic> <fpage>74</fpage>&#x2013;<lpage>89</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1016/j.ijsolstr.2021.02.002</pub-id></mixed-citation></ref>
<ref id="ref-26"><label>26.</label><mixed-citation publication-type="journal"><person-group person-group-type="author"><string-name><surname>Yang</surname>, <given-names>Y.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Liu</surname>, <given-names>Y.</given-names></string-name></person-group> (<year>2022</year>). <article-title>Analysis of dynamic crack propagation in two-dimensional elastic bodies by coupling the boundary element method and the bond-based peridynamics</article-title>. <source>Computer Methods in Applied Mechanics and Engineering</source><italic>,</italic> <volume>399</volume><italic>,</italic> <fpage>115339</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1016/j.cma.2022.115339</pub-id></mixed-citation></ref>
<ref id="ref-27"><label>27.</label><mixed-citation publication-type="journal"><person-group person-group-type="author"><string-name><surname>Kan</surname>, <given-names>X.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Zhang</surname>, <given-names>A.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Yan</surname>, <given-names>J.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Wu</surname>, <given-names>W.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Liu</surname>, <given-names>Y.</given-names></string-name></person-group> (<year>2020</year>). <article-title>Numerical investigation of ice breaking by a high-pressure bubble based on a coupled BEM-PD model</article-title>. <source>Journal of Fluids and Structures</source><italic>,</italic> <volume>96</volume><italic>,</italic> <fpage>103016</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1016/j.jfluidstructs.2020.103016</pub-id></mixed-citation></ref>
<ref id="ref-28"><label>28.</label><mixed-citation publication-type="journal"><person-group person-group-type="author"><string-name><surname>Chen</surname>, <given-names>X.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Yu</surname>, <given-names>H.</given-names></string-name></person-group> (<year>2022</year>). <article-title>A multiscale method coupling peridynamic and boundary element models for dynamic problems</article-title>. <source>Computer Methods in Applied Mechanics and Engineering</source><italic>,</italic> <volume>401</volume><italic>,</italic> <fpage>115669</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1016/j.cma.2022.115669</pub-id></mixed-citation></ref>
<ref id="ref-29"><label>29.</label><mixed-citation publication-type="journal"><person-group person-group-type="author"><string-name><surname>Barenblatt</surname>, <given-names>G. I.</given-names></string-name></person-group> (<year>1959</year>). <article-title>The formation of equilibrium cracks during brittle fracture: General ideas and hypothesis, axially symmetric cracks</article-title>. <source>Journal of Applied Mathematics and Mechanics</source><italic>,</italic> <volume>23</volume><italic>(</italic><issue>3</issue><italic>),</italic> <fpage>622</fpage>&#x2013;<lpage>636</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1016/0021-8928(59)90157-1</pub-id></mixed-citation></ref>
<ref id="ref-30"><label>30.</label><mixed-citation publication-type="journal"><person-group person-group-type="author"><string-name><surname>Dugdale</surname>, <given-names>D. S.</given-names></string-name></person-group> (<year>1960</year>). <article-title>Yielding of steel sheets containing slits</article-title>. <source>Journal of the Mechanics and Physics of Solids</source><italic>,</italic> <volume>8</volume><italic>(</italic><issue>2</issue><italic>),</italic> <fpage>100</fpage>&#x2013;<lpage>104</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1016/0022-5096(60)90013-2</pub-id></mixed-citation></ref>
<ref id="ref-31"><label>31.</label><mixed-citation publication-type="journal"><person-group person-group-type="author"><string-name><surname>Hillerborg</surname>, <given-names>A.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Modeer</surname>, <given-names>M.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Petersson</surname>, <given-names>P. E.</given-names></string-name></person-group> (<year>1976</year>). <article-title>Analysis of crack formation and crack growth in concrete by means of fracture mechanics and finite elements</article-title>. <source>Cement and Concrete Research</source><italic>,</italic> <volume>6</volume><italic>(</italic><issue>6</issue><italic>),</italic> <fpage>773</fpage>&#x2013;<lpage>781</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1016/0008-8846(76)90007-7</pub-id></mixed-citation></ref>
<ref id="ref-32"><label>32.</label><mixed-citation publication-type="journal"><person-group person-group-type="author"><string-name><surname>Zaccariotto</surname>, <given-names>M.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Luongo</surname>, <given-names>F.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Sarego</surname>, <given-names>G.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Galvanetto</surname>, <given-names>U.</given-names></string-name></person-group> (<year>2015</year>). <article-title>Examples of applications of the peridynamic theory to the solution of static equilibrium problems</article-title>. <source>The Aeronautical Journal</source><italic>,</italic> <volume>119</volume><italic>(</italic><issue>1216</issue><italic>),</italic> <fpage>677</fpage>&#x2013;<lpage>700</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1017/S0001924000010770</pub-id></mixed-citation></ref>
<ref id="ref-33"><label>33.</label><mixed-citation publication-type="journal"><person-group person-group-type="author"><string-name><surname>Zaccariotto</surname>, <given-names>M.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Mudric</surname>, <given-names>T.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Tomasi</surname>, <given-names>D.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Shojaei</surname>, <given-names>A.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Galvanetto</surname>, <given-names>U.</given-names></string-name></person-group> (<year>2018</year>). <article-title>Coupling of FEM meshes with peridynamic grids</article-title>. <source>Computer Methods in Applied Mechanics and Engineering</source><italic>,</italic> <volume>330</volume><italic>,</italic> <fpage>471</fpage>&#x2013;<lpage>497</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1016/j.cma.2017.11.011</pub-id></mixed-citation></ref>
<ref id="ref-34"><label>34.</label><mixed-citation publication-type="journal"><person-group person-group-type="author"><string-name><surname>Wang</surname>, <given-names>L.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Xu</surname>, <given-names>J.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Wang</surname>, <given-names>J.</given-names></string-name></person-group> (<year>2019</year>). <article-title>Elastodynamics of linearized isotropic state-based peridynamic media</article-title>. <source>Journal of Elasticity</source><italic>,</italic> <volume>137</volume><italic>(</italic><issue>2</issue><italic>),</italic> <fpage>157</fpage>&#x2013;<lpage>176</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1007/s10659-018-09723-7</pub-id></mixed-citation></ref>
<ref id="ref-35"><label>35.</label><mixed-citation publication-type="other"><person-group person-group-type="author"><string-name><surname>Wang</surname>, <given-names>L.</given-names></string-name></person-group> (<year>2018</year>). <source>Research on some basic problems of spatiotemporal non-local elasticity (Ph.D. Thesis)</source>. <comment>Peking University, China</comment>.</mixed-citation></ref>
<ref id="ref-36"><label>36.</label><mixed-citation publication-type="journal"><person-group person-group-type="author"><string-name><surname>Du</surname>, <given-names>Q.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Burgunder</surname>, <given-names>M.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Lehoucq</surname>, <given-names>R. B.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Zhou</surname>, <given-names>K.</given-names></string-name></person-group> (<year>2013</year>). <article-title>A nonlocal vector calculus, nonlocal volume-constrained problems, and nonlocal balance laws</article-title>. <source>Mathematical Models and Methods in Applied Sciences</source><italic>,</italic> <volume>23</volume><italic>(</italic><issue>3</issue><italic>),</italic> <fpage>493</fpage>&#x2013;<lpage>540</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1142/S0218202512500546</pub-id></mixed-citation></ref>
<ref id="ref-37"><label>37.</label><mixed-citation publication-type="journal"><person-group person-group-type="author"><string-name><surname>Du</surname>, <given-names>Q.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Gunzburger</surname>, <given-names>M.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Lehoucq</surname>, <given-names>R. B.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Zhou</surname>, <given-names>K.</given-names></string-name></person-group> (<year>2013</year>). <article-title>Analysis of the volume-constrained peridynamic Navier equation of linear elasticity</article-title>. <source>Journal of Elasticity</source><italic>,</italic> <volume>113</volume><italic>(</italic><issue>2</issue><italic>),</italic> <fpage>193</fpage>&#x2013;<lpage>217</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1007/s10659-012-9418-x</pub-id></mixed-citation></ref>
<ref id="ref-38"><label>38.</label><mixed-citation publication-type="journal"><person-group person-group-type="author"><string-name><surname>Silling</surname>, <given-names>S. A.</given-names></string-name></person-group> (<year>2010</year>). <article-title>Linearized theory of peridynamic states</article-title>. <source>Journal of Elasticity</source><italic>,</italic> <volume>99</volume><italic>,</italic> <fpage>85</fpage>&#x2013;<lpage>111</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1007/s10659-009-9234-0</pub-id></mixed-citation></ref>
<ref id="ref-39"><label>39.</label><mixed-citation publication-type="journal"><person-group person-group-type="author"><string-name><surname>Sarego</surname>, <given-names>G.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Le</surname>, <given-names>Q. V.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Bobaru</surname>, <given-names>F.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Zaccariotto</surname>, <given-names>M.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Galvanetto</surname>, <given-names>U.</given-names></string-name></person-group> (<year>2016</year>). <article-title>Linearized state-based peridynamics for 2D problems</article-title>. <source>International Journal for Numerical Methods in Engineering</source><italic>,</italic> <volume>108</volume><italic>(</italic><issue>10</issue><italic>),</italic> <fpage>1174</fpage>&#x2013;<lpage>1197</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1002/nme.5250</pub-id></mixed-citation></ref>
<ref id="ref-40"><label>40.</label><mixed-citation publication-type="journal"><person-group person-group-type="author"><string-name><surname>Du</surname>, <given-names>Q.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Gunzburger</surname>, <given-names>M.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Lehoucq</surname>, <given-names>R. B.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Zhou</surname>, <given-names>K.</given-names></string-name></person-group> (<year>2012</year>). <article-title>Analysis and approximation of nonlocal diffusion problems with volume constraints</article-title>. <source>SIAM Review</source><italic>,</italic> <volume>54</volume><italic>(</italic><issue>4</issue><italic>),</italic> <fpage>667</fpage>&#x2013;<lpage>696</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1137/110833294</pub-id></mixed-citation></ref>
<ref id="ref-41"><label>41.</label><mixed-citation publication-type="journal"><person-group person-group-type="author"><string-name><surname>Mengesha</surname>, <given-names>T.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Du</surname>, <given-names>Q.</given-names></string-name></person-group> (<year>2014</year>). <article-title>Nonlocal constrained value problems for a linear peridynamic Navier equation</article-title>. <source>Journal of Elasticity</source><italic>,</italic> <volume>116</volume><italic>,</italic> <fpage>27</fpage>&#x2013;<lpage>51</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1007/s10659-013-9456-z</pub-id></mixed-citation></ref>
<ref id="ref-42"><label>42.</label><mixed-citation publication-type="journal"><person-group person-group-type="author"><string-name><surname>Seleson</surname>, <given-names>P.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Parks</surname>, <given-names>M. L.</given-names></string-name></person-group> (<year>2011</year>). <article-title>On the role of the influence function in the peridynamic theory</article-title>. <source>Journal for Multiscale Computational Engineering</source><italic>,</italic> <volume>9</volume><italic>(</italic><issue>6</issue><italic>),</italic> <fpage>689</fpage>&#x2013;<lpage>706</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1615/IntJMultCompEng.2011002527</pub-id></mixed-citation></ref>
<ref id="ref-43"><label>43.</label><mixed-citation publication-type="journal"><person-group person-group-type="author"><string-name><surname>Ren</surname>, <given-names>H.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Zhuang</surname>, <given-names>X.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Rabczuk</surname>, <given-names>T.</given-names></string-name></person-group> (<year>2020</year>). <article-title>A nonlocal operator method for solving partial differential equations</article-title>. <source>Computer Methods in Applied Mechanics and Engineering</source><italic>,</italic> <volume>358</volume><italic>,</italic> <fpage>112621</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1016/j.cma.2019.112621</pub-id></mixed-citation></ref>
<ref id="ref-44"><label>44.</label><mixed-citation publication-type="journal"><person-group person-group-type="author"><string-name><surname>Lehoucq</surname>, <given-names>R. B.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Silling</surname>, <given-names>S. A.</given-names></string-name></person-group> (<year>2008</year>). <article-title>Force flux and the peridynamic stress tensor</article-title>. <source>Journal of the Mechanics and Physics of Solids</source><italic>,</italic> <volume>56</volume><italic>(</italic><issue>4</issue><italic>),</italic> <fpage>1566</fpage>&#x2013;<lpage>1577</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1016/j.jmps.2007.08.004</pub-id></mixed-citation></ref>
<ref id="ref-45"><label>45.</label><mixed-citation publication-type="journal"><person-group person-group-type="author"><string-name><surname>Silling</surname>, <given-names>S. A.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Lehoucq</surname>, <given-names>R. B.</given-names></string-name></person-group> (<year>2008</year>). <article-title>Convergence of peridynamics to classical elasticity theory</article-title>. <source>Journal of Elasticity</source><italic>,</italic> <volume>93</volume><italic>,</italic> <fpage>13</fpage>&#x2013;<lpage>37</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1007/s10659-008-9163-3</pub-id></mixed-citation></ref>
<ref id="ref-46"><label>46.</label><mixed-citation publication-type="book"><person-group person-group-type="author"><string-name><surname>Aliabadi</surname>, <given-names>M. H.</given-names></string-name></person-group> (<year>2002</year>). <source>The boundary element method</source>. <publisher-loc>London</publisher-loc>: <publisher-name>John Wiley and Sons</publisher-name>.</mixed-citation></ref>
<ref id="ref-47"><label>47.</label><mixed-citation publication-type="journal"><person-group person-group-type="author"><string-name><surname>Scabbia</surname>, <given-names>F.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Zaccariotto</surname>, <given-names>M.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Galvanetto</surname>, <given-names>U.</given-names></string-name></person-group> (<year>2021</year>). <article-title>A novel and effective way to impose boundary conditions and to mitigate the surface effect in state-based peridynamics</article-title>. <source>International Journal for Numerical Methods in Engineering</source><italic>,</italic> <volume>122</volume><italic>(</italic><issue>20</issue><italic>),</italic> <fpage>5773</fpage>&#x2013;<lpage>5811</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1002/nme.6773</pub-id></mixed-citation></ref>
<ref id="ref-48"><label>48.</label><mixed-citation publication-type="journal"><person-group person-group-type="author"><string-name><surname>Scabbia</surname>, <given-names>F.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Zaccariotto</surname>, <given-names>M.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Galvanetto</surname>, <given-names>U.</given-names></string-name></person-group> (<year>2022</year>). <article-title>A new method based on Taylor expansion and nearest-node strategy to impose Dirichlet and Neumann boundary conditions in ordinary state-based peridynamics</article-title>. <source>Computational Mechanics</source><italic>,</italic> <volume>70</volume><italic>,</italic> <fpage>1</fpage>&#x2013;<lpage>27</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1007/s00466-022-02153-2</pub-id></mixed-citation></ref>
<ref id="ref-49"><label>49.</label><mixed-citation publication-type="journal"><person-group person-group-type="author"><string-name><surname>Tong</surname>, <given-names>Y.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Shen</surname>, <given-names>W.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Shao</surname>, <given-names>J.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Chen</surname>, <given-names>J.</given-names></string-name></person-group> (<year>2020</year>). <article-title>A new bond model in peridynamics theory for progressive failure in cohesive brittle materials</article-title>. <source>Engineering Fracture Mechanics</source><italic>,</italic> <volume>223</volume><italic>,</italic> <fpage>106767</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1016/j.engfracmech.2019.106767</pub-id></mixed-citation></ref>
<ref id="ref-50"><label>50.</label><mixed-citation publication-type="journal"><person-group person-group-type="author"><string-name><surname>Tong</surname>, <given-names>Y.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Shen</surname>, <given-names>W.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Shao</surname>, <given-names>J.</given-names></string-name></person-group> (<year>2020</year>). <article-title>An adaptive coupling method of state-based peridynamics theory and finite element method for modeling progressive failure process in cohesive materials</article-title>. <source>Computer Methods in Applied Mechanics and Engineering</source><italic>,</italic> <volume>370</volume><italic>,</italic> <fpage>113248</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1016/j.cma.2020.113248</pub-id></mixed-citation></ref>
<ref id="ref-51"><label>51.</label><mixed-citation publication-type="book"><person-group person-group-type="author"><string-name><surname>Madenci</surname>, <given-names>E.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Oterkus</surname>, <given-names>E.</given-names></string-name></person-group> (<year>2014</year>). <source>Peridynamic theory and its applications</source>. <publisher-loc>New York</publisher-loc>: <publisher-name>Springer</publisher-name>.</mixed-citation></ref>
<ref id="ref-52"><label>52.</label><mixed-citation publication-type="book"><person-group person-group-type="author"><string-name><surname>Zehnder</surname>, <given-names>A. T.</given-names></string-name></person-group> (<year>2012</year>). <source>Fracture mechanics</source>. <publisher-loc>London</publisher-loc>: <publisher-name>Springer</publisher-name>.</mixed-citation></ref>
<ref id="ref-53"><label>53.</label><mixed-citation publication-type="conf-proc"><person-group person-group-type="author"><string-name><surname>Prakash</surname>, <given-names>N.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Seidel</surname>, <given-names>G. D.</given-names></string-name></person-group> (<year>2015</year>). <article-title>A novel two-parameter linear elastic constitutive model for bond based peridynamics</article-title>. <conf-name>56th AIAA/ASCE/AHS/ASC Structures, Structural Dynamics, and Materials Conference</conf-name>, <publisher-loc>Kissimmee, USA</publisher-loc>.</mixed-citation></ref>
<ref id="ref-54"><label>54.</label><mixed-citation publication-type="journal"><person-group person-group-type="author"><string-name><surname>Huang</surname>, <given-names>X.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Li</surname>, <given-names>S.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Jin</surname>, <given-names>Y.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Yang</surname>, <given-names>D.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Su</surname>, <given-names>G.</given-names></string-name> <etal>et al.</etal></person-group> (<year>2019</year>). <article-title>Analysis on the influence of Poisson&#x2019;s ratio on brittle fracture by applying uni-bond dual-parameter peridynamic model</article-title>. <source>Engineering Fracture Mechanics</source><italic>,</italic> <volume>222</volume><italic>,</italic> <fpage>106685</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1016/j.engfracmech.2019.106685</pub-id></mixed-citation></ref>
<ref id="ref-55"><label>55.</label><mixed-citation publication-type="journal"><person-group person-group-type="author"><string-name><surname>Bruhwiler</surname>, <given-names>E.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Wittmann</surname>, <given-names>F. H.</given-names></string-name></person-group> (<year>1990</year>). <article-title>The wedge splitting test, a new method of performing stable fracture mechanics tests</article-title>. <source>Engineering Fracture Mechanics</source><italic>,</italic> <volume>35</volume><italic>(</italic><issue>1&#x2013;3</issue><italic>),</italic> <fpage>117</fpage>&#x2013;<lpage>125</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1016/0013-7944(90)90189-N</pub-id></mixed-citation></ref>
<ref id="ref-56"><label>56.</label><mixed-citation publication-type="book"><person-group person-group-type="author"><string-name><surname>Trunk</surname>, <given-names>B.</given-names></string-name></person-group> (<year>2000</year>). <source>Einfluss der Bauteilgroesse auf die Bruchenergie von Beton</source>. <publisher-loc>German</publisher-loc>: <publisher-name>Aedificatio Publishers</publisher-name>.</mixed-citation></ref>
<ref id="ref-57"><label>57.</label><mixed-citation publication-type="journal"><person-group person-group-type="author"><string-name><surname>Le</surname>, <given-names>Q. V.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Bobaru</surname>, <given-names>F.</given-names></string-name></person-group> (<year>2018</year>). <article-title>Surface corrections for peridynamic models in elasticity and fracture</article-title>. <source>Computational Mechanics</source><italic>,</italic> <volume>61</volume><italic>,</italic> <fpage>499</fpage>&#x2013;<lpage>518</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1007/s00466-017-1469-1</pub-id></mixed-citation></ref>
<ref id="ref-58"><label>58.</label><mixed-citation publication-type="journal"><person-group person-group-type="author"><string-name><surname>Tian</surname>, <given-names>X.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Du</surname>, <given-names>Q.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Gunzburger</surname>, <given-names>M.</given-names></string-name></person-group> (<year>2016</year>). <article-title>Asymptotically compatible schemes for the approximation of fractional Laplacian and related nonlocal diffusion problems on bounded domains</article-title>. <source>Advances in Computational Mathematics</source><italic>,</italic> <volume>42</volume><italic>(</italic><issue>6</issue><italic>),</italic> <fpage>1363</fpage>&#x2013;<lpage>1380</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1007/s10444-016-9466-z</pub-id></mixed-citation></ref>
<ref id="ref-59"><label>59.</label><mixed-citation publication-type="journal"><person-group person-group-type="author"><string-name><surname>Areias</surname>, <given-names>P. M. A.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Belytschko</surname>, <given-names>T.</given-names></string-name></person-group> (<year>2005</year>). <article-title>Analysis of three-dimensional crack initiation and propagation using the extended finite element method</article-title>. <source>International Journal for Numerical Methods in Engineering</source><italic>,</italic> <volume>63</volume><italic>(</italic><issue>5</issue><italic>),</italic> <fpage>760</fpage>&#x2013;<lpage>788</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1002/nme.1305</pub-id></mixed-citation></ref>
<ref id="ref-60"><label>60.</label><mixed-citation publication-type="journal"><person-group person-group-type="author"><string-name><surname>Su</surname>, <given-names>X.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Yang</surname>, <given-names>Z.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Liu</surname>, <given-names>G.</given-names></string-name></person-group> (<year>2010</year>). <article-title>Finite element modelling of complex 3D static and dynamic crack propagation by embedding cohesive elements in abaqus</article-title>. <source>Acta Mechanica Solida Sinica</source><italic>,</italic> <volume>23</volume><italic>(</italic><issue>3</issue><italic>),</italic> <fpage>271</fpage>&#x2013;<lpage>282</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1016/S0894-9166(10)60030-4</pub-id></mixed-citation></ref>
<ref id="ref-61"><label>61.</label><mixed-citation publication-type="journal"><person-group person-group-type="author"><string-name><surname>Bie</surname>, <given-names>Y.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Cui</surname>, <given-names>X.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Li</surname>, <given-names>Z.</given-names></string-name></person-group> (<year>2018</year>). <article-title>A coupling approach of state-based peridynamics with node-based smoothed finite element method</article-title>. <source>Computer Methods in Applied Mechanics and Engineering</source><italic>,</italic> <volume>331</volume><italic>,</italic> <fpage>675</fpage>&#x2013;<lpage>700</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1016/j.cma.2017.11.022</pub-id></mixed-citation></ref>
<ref id="ref-62"><label>62.</label><mixed-citation publication-type="journal"><person-group person-group-type="author"><string-name><surname>Carpinteri</surname>, <given-names>A.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Colombo</surname>, <given-names>G.</given-names></string-name></person-group> (<year>1989</year>). <article-title>Numerical analysis of catastrophic softening behaviour (snap-back instability)</article-title>. <source>Computers and Structures</source><italic>,</italic> <volume>31</volume><italic>(</italic><issue>4</issue><italic>),</italic> <fpage>607</fpage>&#x2013;<lpage>636</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1016/0045-7949(89)90337-4</pub-id></mixed-citation></ref>
<ref id="ref-63"><label>63.</label><mixed-citation publication-type="journal"><person-group person-group-type="author"><string-name><surname>Dufort</surname>, <given-names>L.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Grediac</surname>, <given-names>M.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Surrel</surname>, <given-names>Y.</given-names></string-name></person-group> (<year>2001</year>). <article-title>Experimental evidence of the cross-section warping in short composite beams under three point bending</article-title>. <source>Composite Structures</source><italic>,</italic> <volume>51</volume><italic>(</italic><issue>1</issue><italic>),</italic> <fpage>37</fpage>&#x2013;<lpage>47</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1016/S0263-8223(00)00121-5</pub-id></mixed-citation></ref>
<ref id="ref-64"><label>64.</label><mixed-citation publication-type="journal"><person-group person-group-type="author"><string-name><surname>Zhang</surname>, <given-names>J.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Dong</surname>, <given-names>W.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Zhang</surname>, <given-names>B.</given-names></string-name></person-group> (<year>2023</year>). <article-title>Experimental study on local crack propagation of concrete under three-point bending</article-title>. <source>Construction and Building Materials</source><italic>,</italic> <volume>401</volume><italic>,</italic> <fpage>132699</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1016/j.conbuildmat.2023.132699</pub-id></mixed-citation></ref>
<ref id="ref-65"><label>65.</label><mixed-citation publication-type="journal"><person-group person-group-type="author"><string-name><surname>Sundaram</surname>, <given-names>V. K. A.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Madenci</surname>, <given-names>E.</given-names></string-name></person-group> (<year>2023</year>). <article-title>Direct coupling of dual-horizon peridynamics with finite elements for irregular discretization without an overlap zone</article-title>. <source>Engineering with Computers</source><italic>,</italic> <volume>40</volume><italic>,</italic> <fpage>605</fpage>&#x2013;<lpage>635</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1007/s00366-023-01800-3</pub-id></mixed-citation></ref>
<ref id="ref-66"><label>66.</label><mixed-citation publication-type="journal"><person-group person-group-type="author"><string-name><surname>Han</surname>, <given-names>F.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Lubineau</surname>, <given-names>G.</given-names></string-name></person-group> (<year>2012</year>). <article-title>Coupling of nonlocal and local continuum models by the Arlequin approach</article-title>. <source>Journal for Numerical Methods in Engineering</source><italic>,</italic> <volume>89</volume><italic>(</italic><issue>6</issue><italic>),</italic> <fpage>671</fpage>&#x2013;<lpage>685</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1002/nme.3255</pub-id></mixed-citation></ref>
<ref id="ref-67"><label>67.</label><mixed-citation publication-type="journal"><person-group person-group-type="author"><string-name><surname>Han</surname>, <given-names>F.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Lubineau</surname>, <given-names>G.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Azdoud</surname>, <given-names>Y.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Askari</surname>, <given-names>A.</given-names></string-name></person-group> (<year>2016</year>). <article-title>A morphing approach to couple state-based peridynamics with classical continuum mechanics</article-title>. <source>Computer Methods in Applied Mechanics and Engineering</source><italic>,</italic> <volume>301</volume><italic>,</italic> <fpage>336</fpage>&#x2013;<lpage>358</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1016/j.cma.2015.12.024</pub-id></mixed-citation></ref>
</ref-list>
<app-group>
<app id="app-1">
<label> </label>
<title> </title>
<sec id="s6">
<title>Appendix A. The Comparison of Different Nonlocal Operators</title>
<p>The literature [<xref ref-type="bibr" rid="ref-36">36</xref>] and the literature [<xref ref-type="bibr" rid="ref-5">5</xref>,<xref ref-type="bibr" rid="ref-43">43</xref>] provide two different nonlocal operators, and both can effectively represent the PD equilibrium equation and boundary condition. The nonlocal gradient, nonlocal curl and nonlocal divergence in both literature is a dual relationship. The nonlocal operators [<xref ref-type="bibr" rid="ref-5">5</xref>,<xref ref-type="bibr" rid="ref-43">43</xref>] is the weighted adjoint operator of the ones [<xref ref-type="bibr" rid="ref-36">36</xref>], if the following conditions are satisfied:
<disp-formula id="eqn-A1"><label>(A.1)</label><mml:math id="mml-eqn-A1" display="block"><mml:mi mathvariant="bold-italic">&#x03B2;</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">x</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">y</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">&#x0393;</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">x</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">y</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">r</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo>&#x22C5;</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">K</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">x</mml:mtext></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mi>w</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">r</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></disp-formula>where the symbol on the left side of <xref ref-type="disp-formula" rid="eqn-A1">Eq. (A.1)</xref> appears in <xref ref-type="disp-formula" rid="eqn-6">Eqs. (6)</xref> and <xref ref-type="disp-formula" rid="eqn-7">(7)</xref>, and the symbol on the right side of <xref ref-type="disp-formula" rid="eqn-A1">Eq. (A.1)</xref> appears in <xref ref-type="disp-formula" rid="eqn-6">Eq. (6)</xref> of the literature [<xref ref-type="bibr" rid="ref-43">43</xref>].</p>
<p>In other words, there are
<disp-formula id="eqn-A2"><label>(A.2)</label><mml:math id="mml-eqn-A2" display="block"><mml:mrow><mml:mo>{</mml:mo><mml:mtable columnalign="left" rowspacing="4pt" columnspacing="1em"><mml:mtr><mml:mtd><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>&#x0212C;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">&#x0393;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x2217;</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">v</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">x</mml:mtext></mml:mrow></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mrow><mml:mover><mml:mi mathvariant="normal">&#x2207;</mml:mi><mml:mo stretchy="false">&#x007E;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mo>&#x2297;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">v</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">x</mml:mtext></mml:mrow></mml:mrow></mml:msub></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x1D4AF;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>r</mml:mtext></mml:mrow></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>&#x0212C;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">&#x0393;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x2217;</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">v</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">x</mml:mtext></mml:mrow></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mrow><mml:mover><mml:mi mathvariant="normal">&#x2207;</mml:mi><mml:mo stretchy="false">&#x007E;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mo>&#x22C5;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">v</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">x</mml:mtext></mml:mrow></mml:mrow></mml:msub></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable><mml:mo fence="true" stretchy="true" symmetric="true"></mml:mo></mml:mrow></mml:math></disp-formula>where <inline-formula id="ieqn-300"><mml:math id="mml-ieqn-300"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>&#x0212C;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">&#x0393;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x2217;</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup></mml:math></inline-formula> is in <xref ref-type="disp-formula" rid="eqn-4">Eq. (4)</xref>, and <inline-formula id="ieqn-301"><mml:math id="mml-ieqn-301"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x1D4AF;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>r</mml:mtext></mml:mrow></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula> denotes the trace operator. The remaining symbols are seen in <xref ref-type="disp-formula" rid="eqn-8">Eqs. (8)</xref> and <xref ref-type="disp-formula" rid="eqn-14">(14)</xref> of the literature [<xref ref-type="bibr" rid="ref-43">43</xref>]. The proof is obvious by the definition. Furthermore, if the adjoint operator of weighted nonlocal curl is defined as follows:
<disp-formula id="eqn-A3"><label>(A.3)</label><mml:math id="mml-eqn-A3" display="block"><mml:mtable columnalign="right left right left right left right left right left right left" rowspacing="3pt" columnspacing="0em 2em 0em 2em 0em 2em 0em 2em 0em 2em 0em" displaystyle="true"><mml:mtr><mml:mtd><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>&#x1D49E;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">&#x0393;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x2217;</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">x</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x2261;</mml:mo><mml:msub><mml:mo>&#x222B;</mml:mo><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">&#x03A9;</mml:mi><mml:mo>&#x222A;</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">&#x03A9;</mml:mi><mml:mi>&#x03C4;</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:msub><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>&#x1D49E;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x2217;</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">P</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">x</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">y</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">&#x0393;</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">x</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">y</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>d</mml:mtext></mml:mrow></mml:mrow><mml:msub><mml:mi>V</mml:mi><mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">y</mml:mtext></mml:mrow></mml:mrow></mml:msub><mml:mspace width="2em" /><mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>for</mml:mtext></mml:mrow></mml:mrow><mml:mtext>&#x00A0;</mml:mtext><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">x</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo>&#x2208;</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">&#x03A9;</mml:mi><mml:mo>&#x222A;</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">&#x03A9;</mml:mi><mml:mi>&#x03C4;</mml:mi></mml:msub></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>where <inline-formula id="ieqn-302"><mml:math id="mml-ieqn-302"><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">P</mml:mtext></mml:mrow></mml:math></inline-formula> is a vector, <inline-formula id="ieqn-303"><mml:math id="mml-ieqn-303"><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>&#x1D49E;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x2217;</mml:mo></mml:mrow></mml:msup></mml:math></inline-formula> is defined as follows:
<disp-formula id="eqn-A4"><label>(A.4)</label><mml:math id="mml-eqn-A4" display="block"><mml:mtable columnalign="right left right left right left right left right left right left" rowspacing="3pt" columnspacing="0em 2em 0em 2em 0em 2em 0em 2em 0em 2em 0em" displaystyle="true"><mml:mtr><mml:mtd><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>&#x1D49E;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x2217;</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">P</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">x</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">y</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x2261;</mml:mo><mml:mi mathvariant="bold-italic">&#x03B2;</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">x</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">y</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x00D7;</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>[</mml:mo><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">P</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">y</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">P</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">x</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow><mml:mspace width="2em" /><mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>for</mml:mtext></mml:mrow></mml:mrow><mml:mtext>&#x00A0;</mml:mtext><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">x</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">y</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo>&#x2208;</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">&#x03A9;</mml:mi><mml:mo>&#x222A;</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">&#x03A9;</mml:mi><mml:mi>&#x03C4;</mml:mi></mml:msub></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula></p>
<p>The following conditions are satisfied:
<disp-formula id="eqn-A5"><label>(A.5)</label><mml:math id="mml-eqn-A5" display="block"><mml:mtable columnalign="right left right left right left right left right left right left" rowspacing="3pt" columnspacing="0em 2em 0em 2em 0em 2em 0em 2em 0em 2em 0em" displaystyle="true"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mi mathvariant="bold-italic">&#x03B2;</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">x</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">y</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">&#x0393;</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">x</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">y</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">r</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo>&#x22C5;</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">K</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">x</mml:mtext></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mi>w</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">r</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula></p>
<p>Then
<disp-formula id="eqn-A6"><label>(A.6)</label><mml:math id="mml-eqn-A6" display="block"><mml:mtable columnalign="right left right left right left right left right left right left" rowspacing="3pt" columnspacing="0em 2em 0em 2em 0em 2em 0em 2em 0em 2em 0em" displaystyle="true"><mml:mtr><mml:mtd><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>&#x1D49E;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">&#x0393;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x2217;</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">v</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">x</mml:mtext></mml:mrow></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mrow><mml:mover><mml:mi mathvariant="normal">&#x2207;</mml:mi><mml:mo stretchy="false">&#x007E;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mo>&#x00D7;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">v</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">x</mml:mtext></mml:mrow></mml:mrow></mml:msub></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>where the symbols are seen in <xref ref-type="disp-formula" rid="eqn-13">Eq. (13)</xref> of the literature [<xref ref-type="bibr" rid="ref-43">43</xref>].</p>
</sec>
<sec id="s7">
<title>Appendix B. The Boundary Integral Equation in the Laplace Domain</title>
<p>It is convenient to deal with the dynamic problem in the Laplace domain for the BEM. It has two prominent advantages, compared with time domain. The first is eliminating time accumulation error; the second is that we can easily implement parallel computation. Thus, we derive the BIE of the OSPD for dynamic problems in Laplace domain as follows. First of all, we give the dynamic equation for the linear elastic OSPD in the Laplace domain
<disp-formula id="eqn-B1"><label>(B.1)</label><mml:math id="mml-eqn-B1" display="block"><mml:mtable columnalign="right left right left right left right left right left right left" rowspacing="3pt" columnspacing="0em 2em 0em 2em 0em 2em 0em 2em 0em 2em 0em" displaystyle="true"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:mo>{</mml:mo><mml:mtable columnalign="left left" rowspacing="4pt" columnspacing="1em"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:mi>&#x1D4A2;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mover><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">u</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">&#x007E;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">x</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>s</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>+</mml:mo><mml:mrow><mml:mover><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">F</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">&#x007E;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">x</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>s</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi>&#x03C1;</mml:mi><mml:msup><mml:mi>s</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup><mml:mrow><mml:mover><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">u</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">&#x007E;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">x</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>s</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mspace width="2em" /></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:mtext>for</mml:mtext></mml:mrow><mml:mtext>&#x00A0;</mml:mtext><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">x</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo>&#x2208;</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">&#x03A9;</mml:mi></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:mover><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">u</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">&#x007E;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">x</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>s</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mover><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">g</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">&#x007E;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">x</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>s</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mspace width="2em" /></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:mtext>for</mml:mtext></mml:mrow><mml:mtext>&#x00A0;</mml:mtext><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">x</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo>&#x2208;</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">&#x03A9;</mml:mi><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x03C4;</mml:mi><mml:mi>d</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:msub></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:mi>&#x02133;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mover><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">u</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">&#x007E;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">x</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>s</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mover><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">g</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">&#x007E;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">x</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>s</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mspace width="2em" /></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:mtext>for</mml:mtext></mml:mrow><mml:mtext>&#x00A0;</mml:mtext><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">x</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo>&#x2208;</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">&#x03A9;</mml:mi><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x03C4;</mml:mi><mml:mi>n</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:msub></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:mover><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">F</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">&#x007E;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">x</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>s</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mover><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">F</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">&#x007E;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>b</mml:mtext></mml:mrow></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">x</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>s</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>&#x03C1;</mml:mi><mml:mi>s</mml:mi><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">u</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">x</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>t</mml:mi><mml:mn>0</mml:mn></mml:msub><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>&#x03C1;</mml:mi><mml:mrow><mml:mover><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">u</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo>&#x02D9;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">x</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>t</mml:mi><mml:mn>0</mml:mn></mml:msub><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">u</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">x</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>t</mml:mi><mml:mn>0</mml:mn></mml:msub><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">u</mml:mtext></mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:msub><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">x</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mspace width="2em" /><mml:mrow><mml:mover><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">u</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo>&#x02D9;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">x</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>t</mml:mi><mml:mn>0</mml:mn></mml:msub><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mover><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">u</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo>&#x02D9;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:msub><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">x</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable><mml:mo fence="true" stretchy="true" symmetric="true"></mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>where the operators <inline-formula id="ieqn-304"><mml:math id="mml-ieqn-304"><mml:mrow><mml:mi>&#x1D4A2;</mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula> and <inline-formula id="ieqn-305"><mml:math id="mml-ieqn-305"><mml:mrow><mml:mi>&#x02133;</mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula> are mentioned in <xref ref-type="disp-formula" rid="eqn-11">Eq. (11)</xref>; <inline-formula id="ieqn-306"><mml:math id="mml-ieqn-306"><mml:mi>s</mml:mi></mml:math></inline-formula> is a variable corresponding to the Laplace transformation; <inline-formula id="ieqn-307"><mml:math id="mml-ieqn-307"><mml:mi>&#x03C1;</mml:mi></mml:math></inline-formula> is the mass density; <inline-formula id="ieqn-308"><mml:math id="mml-ieqn-308"><mml:mrow><mml:mover><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">u</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">&#x007E;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow></mml:math></inline-formula> is the Laplace transformation of the displacement <inline-formula id="ieqn-309"><mml:math id="mml-ieqn-309"><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">u</mml:mtext></mml:mrow></mml:math></inline-formula> in the time domain; <inline-formula id="ieqn-310"><mml:math id="mml-ieqn-310"><mml:msub><mml:mrow><mml:mover><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">g</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">&#x007E;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula> and <inline-formula id="ieqn-311"><mml:math id="mml-ieqn-311"><mml:msub><mml:mrow><mml:mover><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">g</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">&#x007E;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula> are the Laplace transformation of the boundary condition; <inline-formula id="ieqn-312"><mml:math id="mml-ieqn-312"><mml:msub><mml:mrow><mml:mover><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">F</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">&#x007E;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>b</mml:mtext></mml:mrow></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula> is the Laplace transformation of the body force density <inline-formula id="ieqn-313"><mml:math id="mml-ieqn-313"><mml:msub><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">F</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>b</mml:mtext></mml:mrow></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula> in the time domain; <inline-formula id="ieqn-314"><mml:math id="mml-ieqn-314"><mml:msub><mml:mi>t</mml:mi><mml:mn>0</mml:mn></mml:msub></mml:math></inline-formula> is the initial time; <inline-formula id="ieqn-315"><mml:math id="mml-ieqn-315"><mml:msub><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">u</mml:mtext></mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:msub></mml:math></inline-formula> and <inline-formula id="ieqn-316"><mml:math id="mml-ieqn-316"><mml:msub><mml:mrow><mml:mover><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">u</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo>&#x02D9;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:msub></mml:math></inline-formula> are the initial conditions in the time domain.</p>
<p>The weighted residual method is adopted to derive the BIE in Laplace domain instead of the reciprocal theorem, following the derivation in the classical theory. We rewrite <xref ref-type="disp-formula" rid="eqn-B1">Eq. (B.1)</xref> in the form of weighted residual as follows:
<disp-formula id="eqn-B2"><label>(B.2)</label><mml:math id="mml-eqn-B2" display="block"><mml:mtable columnalign="right left right left right left right left right left right left" rowspacing="3pt" columnspacing="0em 2em 0em 2em 0em 2em 0em 2em 0em 2em 0em" displaystyle="true"><mml:mtr><mml:mtd /><mml:mtd><mml:mi></mml:mi><mml:msub><mml:mo>&#x222B;</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">&#x03A9;</mml:mi><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x03C4;</mml:mi><mml:mi>n</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mover><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">g</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">&#x007E;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">x</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>s</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>&#x02133;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mover><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">u</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">&#x007E;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">x</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>s</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x22C5;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mover><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">u</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">&#x007E;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mi>g</mml:mi></mml:msub><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">x</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:msub><mml:mover><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">x</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo accent="false">&#x00AF;</mml:mo></mml:mover><mml:mi>m</mml:mi></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>s</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>d</mml:mtext></mml:mrow></mml:mrow><mml:msub><mml:mi>V</mml:mi><mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">x</mml:mtext></mml:mrow></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:msub><mml:mo>&#x222B;</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">&#x03A9;</mml:mi><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x03C4;</mml:mi><mml:mi>d</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mover><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">g</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">&#x007E;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">x</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>s</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mrow><mml:mover><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">u</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">&#x007E;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">x</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>s</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x22C5;</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>&#x02133;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mover><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">u</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">&#x007E;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mi>g</mml:mi></mml:msub><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">x</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:msub><mml:mover><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">x</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo accent="false">&#x00AF;</mml:mo></mml:mover><mml:mi>m</mml:mi></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>s</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>d</mml:mtext></mml:mrow></mml:mrow><mml:msub><mml:mi>V</mml:mi><mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">x</mml:mtext></mml:mrow></mml:mrow></mml:msub></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mo>=</mml:mo></mml:mtd><mml:mtd><mml:mi></mml:mi><mml:msub><mml:mo>&#x222B;</mml:mo><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">&#x03A9;</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mi>&#x03C1;</mml:mi><mml:msup><mml:mi>s</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup><mml:mrow><mml:mover><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">u</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">&#x007E;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">x</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>s</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>+</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>&#x1D4A2;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mover><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">u</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">&#x007E;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">x</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>s</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>+</mml:mo><mml:mrow><mml:mover><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">F</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">&#x007E;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">x</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>s</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x22C5;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mover><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">u</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">&#x007E;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mi>g</mml:mi></mml:msub><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">x</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:msub><mml:mover><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">x</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo accent="false">&#x00AF;</mml:mo></mml:mover><mml:mi>m</mml:mi></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>s</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>d</mml:mtext></mml:mrow></mml:mrow><mml:msub><mml:mi>V</mml:mi><mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">x</mml:mtext></mml:mrow></mml:mrow></mml:msub></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>where <inline-formula id="ieqn-317"><mml:math id="mml-ieqn-317"><mml:msub><mml:mrow><mml:mover><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">u</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">&#x007E;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mi>g</mml:mi></mml:msub><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">x</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:msub><mml:mover><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">x</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo accent="false">&#x00AF;</mml:mo></mml:mover><mml:mi>m</mml:mi></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>s</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula> is the Green&#x2019;s function in the Laplace domain for the infinite body; it meets the following the equilibrium equation
<disp-formula id="eqn-B3"><label>(B.3)</label><mml:math id="mml-eqn-B3" display="block"><mml:mtable columnalign="right left right left right left right left right left right left" rowspacing="3pt" columnspacing="0em 2em 0em 2em 0em 2em 0em 2em 0em 2em 0em" displaystyle="true"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>&#x1D4A2;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mover><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">u</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">&#x007E;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mi>g</mml:mi></mml:msub><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">x</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:msub><mml:mover><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">x</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo accent="false">&#x00AF;</mml:mo></mml:mover><mml:mi>m</mml:mi></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>s</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>&#x03C1;</mml:mi><mml:msup><mml:mi>s</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup><mml:msub><mml:mrow><mml:mover><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">u</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">&#x007E;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mi>g</mml:mi></mml:msub><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">x</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:msub><mml:mover><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">x</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo accent="false">&#x00AF;</mml:mo></mml:mover><mml:mi>m</mml:mi></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>s</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">&#x039E;</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">x</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:msub><mml:mover><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">x</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo accent="false">&#x00AF;</mml:mo></mml:mover><mml:mi>m</mml:mi></mml:msub><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">E</mml:mtext></mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>where <inline-formula id="ieqn-318"><mml:math id="mml-ieqn-318"><mml:msub><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">E</mml:mtext></mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub></mml:math></inline-formula> is the coordinate base vector; <inline-formula id="ieqn-319"><mml:math id="mml-ieqn-319"><mml:mi mathvariant="normal">&#x039E;</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">x</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:msub><mml:mover><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">x</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo accent="false">&#x00AF;</mml:mo></mml:mover><mml:mi>m</mml:mi></mml:msub><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula> is the Dirac function.</p>
<p>We find that if <inline-formula id="ieqn-320"><mml:math id="mml-ieqn-320"><mml:mi>s</mml:mi></mml:math></inline-formula> is the fixed value, the actual displacement <inline-formula id="ieqn-321"><mml:math id="mml-ieqn-321"><mml:mrow><mml:mover><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">u</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">&#x007E;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">x</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>s</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula> and the Green&#x2019;s function <inline-formula id="ieqn-322"><mml:math id="mml-ieqn-322"><mml:msub><mml:mrow><mml:mover><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">u</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">&#x007E;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mi>g</mml:mi></mml:msub><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">x</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:msub><mml:mover><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">x</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo accent="false">&#x00AF;</mml:mo></mml:mover><mml:mi>m</mml:mi></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>s</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula> can be regarded as the solutions of a certain static problem. In order to further derive the BIE, we construct two spurious static problems corresponding to <inline-formula id="ieqn-323"><mml:math id="mml-ieqn-323"><mml:mrow><mml:mover><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">u</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">&#x007E;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">x</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>s</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula> and <inline-formula id="ieqn-324"><mml:math id="mml-ieqn-324"><mml:msub><mml:mrow><mml:mover><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">u</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">&#x007E;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mi>g</mml:mi></mml:msub><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">x</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:msub><mml:mover><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">x</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo accent="false">&#x00AF;</mml:mo></mml:mover><mml:mi>m</mml:mi></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>s</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula>, and the static problems must satisfy <xref ref-type="disp-formula" rid="eqn-1">Eq. (1)</xref>. Two spurious static states are given as follows:
<disp-formula id="eqn-B4"><label>(B.4)</label><mml:math id="mml-eqn-B4" display="block"><mml:mtable columnalign="right left right left right left right left right left right left" rowspacing="3pt" columnspacing="0em 2em 0em 2em 0em 2em 0em 2em 0em 2em 0em" displaystyle="true"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:mo>{</mml:mo><mml:mtable columnalign="left left" rowspacing="4pt" columnspacing="1em"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:mi>&#x1D4A2;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mover><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">u</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">&#x007E;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">x</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>s</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">F</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>b</mml:mtext></mml:mrow></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mover><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">u</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">&#x007E;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">x</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>s</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">0</mml:mtext></mml:mrow><mml:mspace width="2em" /></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:mtext>for</mml:mtext></mml:mrow><mml:mtext>&#x00A0;</mml:mtext><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">x</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo>&#x2208;</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">&#x03A9;</mml:mi></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:mover><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">u</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">&#x007E;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">x</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>s</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mrow><mml:mover><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">u</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">&#x007E;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">x</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>s</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mspace width="2em" /></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:mtext>for</mml:mtext></mml:mrow><mml:mtext>&#x00A0;</mml:mtext><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">x</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo>&#x2208;</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">&#x03A9;</mml:mi><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x03C4;</mml:mi><mml:mi>d</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:msub></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:mi>&#x02133;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mover><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">u</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">&#x007E;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">x</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>s</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi>&#x03D5;</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mover><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">u</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">&#x007E;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">x</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>s</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mspace width="2em" /></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:mtext>for</mml:mtext></mml:mrow><mml:mtext>&#x00A0;</mml:mtext><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">x</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo>&#x2208;</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">&#x03A9;</mml:mi><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x03C4;</mml:mi><mml:mi>n</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:msub></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable><mml:mo fence="true" stretchy="true" symmetric="true"></mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<disp-formula id="eqn-B5"><label>(B.5)</label><mml:math id="mml-eqn-B5" display="block"><mml:mtable columnalign="right left right left right left right left right left right left" rowspacing="3pt" columnspacing="0em 2em 0em 2em 0em 2em 0em 2em 0em 2em 0em" displaystyle="true"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:mo>{</mml:mo><mml:mtable columnalign="left left" rowspacing="4pt" columnspacing="1em"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:mi>&#x1D4A2;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mover><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">u</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">&#x007E;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mi>g</mml:mi></mml:msub><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">x</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:msub><mml:mover><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">x</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo accent="false">&#x00AF;</mml:mo></mml:mover><mml:mi>m</mml:mi></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>s</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">F</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>b</mml:mtext></mml:mrow></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mover><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">u</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">&#x007E;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mi>g</mml:mi></mml:msub><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">x</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:msub><mml:mover><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">x</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo accent="false">&#x00AF;</mml:mo></mml:mover><mml:mi>m</mml:mi></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>s</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">0</mml:mtext></mml:mrow><mml:mspace width="2em" /></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:mtext>for</mml:mtext></mml:mrow><mml:mtext>&#x00A0;</mml:mtext><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">x</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo>&#x2208;</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">&#x03A9;</mml:mi></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:msub><mml:mrow><mml:mover><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">u</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">&#x007E;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mi>g</mml:mi></mml:msub><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">x</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:msub><mml:mover><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">x</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo accent="false">&#x00AF;</mml:mo></mml:mover><mml:mi>m</mml:mi></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>s</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mover><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">u</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">&#x007E;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mi>g</mml:mi></mml:msub><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">x</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:msub><mml:mover><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">x</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo accent="false">&#x00AF;</mml:mo></mml:mover><mml:mi>m</mml:mi></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>s</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mspace width="2em" /></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:mtext>for</mml:mtext></mml:mrow><mml:mtext>&#x00A0;</mml:mtext><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">x</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo>&#x2208;</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">&#x03A9;</mml:mi><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x03C4;</mml:mi><mml:mi>d</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:msub></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:mi>&#x02133;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mover><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">u</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">&#x007E;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mi>g</mml:mi></mml:msub><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">x</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:msub><mml:mover><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">x</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo accent="false">&#x00AF;</mml:mo></mml:mover><mml:mi>m</mml:mi></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>s</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi>&#x03D5;</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mover><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">u</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">&#x007E;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mi>g</mml:mi></mml:msub><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">x</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:msub><mml:mover><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">x</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo accent="false">&#x00AF;</mml:mo></mml:mover><mml:mi>m</mml:mi></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>s</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mspace width="2em" /></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:mtext>for</mml:mtext></mml:mrow><mml:mtext>&#x00A0;</mml:mtext><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">x</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo>&#x2208;</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">&#x03A9;</mml:mi><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x03C4;</mml:mi><mml:mi>n</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:msub></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable><mml:mo fence="true" stretchy="true" symmetric="true"></mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>where <inline-formula id="ieqn-325"><mml:math id="mml-ieqn-325"><mml:msub><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">F</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>b</mml:mtext></mml:mrow></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mover><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">u</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">&#x007E;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula> and <inline-formula id="ieqn-326"><mml:math id="mml-ieqn-326"><mml:msub><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">F</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>b</mml:mtext></mml:mrow></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mover><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">u</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">&#x007E;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mi>g</mml:mi></mml:msub><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula> are the body force densities corresponding to <inline-formula id="ieqn-327"><mml:math id="mml-ieqn-327"><mml:mrow><mml:mover><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">u</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">&#x007E;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow></mml:math></inline-formula> and <inline-formula id="ieqn-328"><mml:math id="mml-ieqn-328"><mml:msub><mml:mrow><mml:mover><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">u</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">&#x007E;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mi>g</mml:mi></mml:msub></mml:math></inline-formula>, respectively. <inline-formula id="ieqn-329"><mml:math id="mml-ieqn-329"><mml:mi>&#x03D5;</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mover><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">u</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">&#x007E;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula> and <inline-formula id="ieqn-330"><mml:math id="mml-ieqn-330"><mml:mi>&#x03D5;</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mover><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">u</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">&#x007E;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mi>g</mml:mi></mml:msub><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula> are the boundary constraints corresponding to <inline-formula id="ieqn-331"><mml:math id="mml-ieqn-331"><mml:mrow><mml:mover><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">u</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">&#x007E;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow></mml:math></inline-formula> and <inline-formula id="ieqn-332"><mml:math id="mml-ieqn-332"><mml:msub><mml:mrow><mml:mover><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">u</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">&#x007E;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mi>g</mml:mi></mml:msub></mml:math></inline-formula>, respectively. These two states satisfy the reciprocal theorem <xref ref-type="disp-formula" rid="eqn-15">Eq. (15)</xref>.
<disp-formula id="eqn-B6"><label>(B.6)</label><mml:math id="mml-eqn-B6" display="block"><mml:mtable columnalign="right left right left right left right left right left right left" rowspacing="3pt" columnspacing="0em 2em 0em 2em 0em 2em 0em 2em 0em 2em 0em" displaystyle="true"><mml:mtr><mml:mtd /><mml:mtd><mml:mi></mml:mi><mml:msub><mml:mo>&#x222B;</mml:mo><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">&#x03A9;</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x1D4A2;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mover><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">u</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">&#x007E;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mi>g</mml:mi></mml:msub><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">x</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:msub><mml:mover><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">x</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo accent="false">&#x00AF;</mml:mo></mml:mover><mml:mi>m</mml:mi></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>s</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x22C5;</mml:mo><mml:mrow><mml:mover><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">u</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">&#x007E;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">x</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>s</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>&#x1D4A2;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mover><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">u</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">&#x007E;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">x</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>s</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x22C5;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mover><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">u</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">&#x007E;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mi>g</mml:mi></mml:msub><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">x</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:msub><mml:mover><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">x</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo accent="false">&#x00AF;</mml:mo></mml:mover><mml:mi>m</mml:mi></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>s</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>d</mml:mtext></mml:mrow></mml:mrow><mml:msub><mml:mi>V</mml:mi><mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">x</mml:mtext></mml:mrow></mml:mrow></mml:msub></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mo>=</mml:mo></mml:mtd><mml:mtd><mml:mi></mml:mi><mml:msub><mml:mo>&#x222B;</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">&#x03A9;</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>&#x03C4;</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x02133;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mover><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">u</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">&#x007E;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mi>g</mml:mi></mml:msub><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">x</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:msub><mml:mover><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">x</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo accent="false">&#x00AF;</mml:mo></mml:mover><mml:mi>m</mml:mi></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>s</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x22C5;</mml:mo><mml:mrow><mml:mover><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">u</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">&#x007E;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">x</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>s</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>&#x02133;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mover><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">u</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">&#x007E;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">x</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>s</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x22C5;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mover><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">u</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">&#x007E;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mi>g</mml:mi></mml:msub><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">x</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:msub><mml:mover><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">x</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo accent="false">&#x00AF;</mml:mo></mml:mover><mml:mi>m</mml:mi></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>s</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>d</mml:mtext></mml:mrow></mml:mrow><mml:msub><mml:mi>V</mml:mi><mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">x</mml:mtext></mml:mrow></mml:mrow></mml:msub></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula></p>
<p>Substituting <xref ref-type="disp-formula" rid="eqn-B6">Eq. (B.6)</xref> into <xref ref-type="disp-formula" rid="eqn-B2">Eq. (B.2)</xref>, we obtain
<disp-formula id="eqn-B7"><label>(B.7)</label><mml:math id="mml-eqn-B7" display="block"><mml:mtable columnalign="right left right left right left right left right left right left" rowspacing="3pt" columnspacing="0em 2em 0em 2em 0em 2em 0em 2em 0em 2em 0em" displaystyle="true"><mml:mtr><mml:mtd /><mml:mtd><mml:mi></mml:mi><mml:msub><mml:mo>&#x222B;</mml:mo><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">&#x03A9;</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>&#x1D4A2;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mover><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">u</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">&#x007E;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mi>g</mml:mi></mml:msub><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">x</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:msub><mml:mover><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">x</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo accent="false">&#x00AF;</mml:mo></mml:mover><mml:mi>m</mml:mi></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>s</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mi>&#x03C1;</mml:mi><mml:msup><mml:mi>s</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup><mml:msub><mml:mrow><mml:mover><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">u</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">&#x007E;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mi>g</mml:mi></mml:msub><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">x</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:msub><mml:mover><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">x</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo accent="false">&#x00AF;</mml:mo></mml:mover><mml:mi>m</mml:mi></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>s</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x22C5;</mml:mo><mml:mrow><mml:mover><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">u</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">&#x007E;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">x</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>s</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>d</mml:mtext></mml:mrow></mml:mrow><mml:msub><mml:mi>V</mml:mi><mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">x</mml:mtext></mml:mrow></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mo>&#x222B;</mml:mo><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">&#x03A9;</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mover><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">F</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">&#x007E;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">x</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>s</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x22C5;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mover><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">u</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">&#x007E;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mi>g</mml:mi></mml:msub><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">x</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:msub><mml:mover><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">x</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo accent="false">&#x00AF;</mml:mo></mml:mover><mml:mi>m</mml:mi></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>s</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>d</mml:mtext></mml:mrow></mml:mrow><mml:msub><mml:mi>V</mml:mi><mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">x</mml:mtext></mml:mrow></mml:mrow></mml:msub></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mo>=</mml:mo></mml:mtd><mml:mtd><mml:mi></mml:mi><mml:msub><mml:mo>&#x222B;</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">&#x03A9;</mml:mi><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x03C4;</mml:mi><mml:mi>n</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mover><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">g</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">&#x007E;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">x</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>s</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>&#x02133;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mover><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">u</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">&#x007E;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">x</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>s</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x22C5;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mover><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">u</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">&#x007E;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mi>g</mml:mi></mml:msub><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">x</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:msub><mml:mover><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">x</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo accent="false">&#x00AF;</mml:mo></mml:mover><mml:mi>m</mml:mi></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>s</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>d</mml:mtext></mml:mrow></mml:mrow><mml:msub><mml:mi>V</mml:mi><mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">x</mml:mtext></mml:mrow></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:msub><mml:mo>&#x222B;</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">&#x03A9;</mml:mi><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x03C4;</mml:mi><mml:mi>d</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mover><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">g</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">&#x007E;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">x</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>s</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mrow><mml:mover><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">u</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">&#x007E;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">x</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>s</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x22C5;</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>&#x02133;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mover><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">u</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">&#x007E;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mi>g</mml:mi></mml:msub><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">x</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:msub><mml:mover><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">x</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo accent="false">&#x00AF;</mml:mo></mml:mover><mml:mi>m</mml:mi></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>s</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>d</mml:mtext></mml:mrow></mml:mrow><mml:msub><mml:mi>V</mml:mi><mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">x</mml:mtext></mml:mrow></mml:mrow></mml:msub></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd /><mml:mtd><mml:mi></mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mo>&#x222B;</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">&#x03A9;</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>&#x03C4;</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x02133;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mover><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">u</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">&#x007E;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mi>g</mml:mi></mml:msub><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">x</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:msub><mml:mover><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">x</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo accent="false">&#x00AF;</mml:mo></mml:mover><mml:mi>m</mml:mi></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>s</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x22C5;</mml:mo><mml:mrow><mml:mover><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">u</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">&#x007E;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">x</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>s</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>&#x02133;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mover><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">u</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">&#x007E;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">x</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>s</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x22C5;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mover><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">u</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">&#x007E;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mi>g</mml:mi></mml:msub><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">x</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:msub><mml:mover><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">x</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo accent="false">&#x00AF;</mml:mo></mml:mover><mml:mi>m</mml:mi></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>s</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>d</mml:mtext></mml:mrow></mml:mrow><mml:msub><mml:mi>V</mml:mi><mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">x</mml:mtext></mml:mrow></mml:mrow></mml:msub></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula></p>
<p>Substituting <xref ref-type="disp-formula" rid="eqn-B1">Eqs. (B.1)</xref> and <xref ref-type="disp-formula" rid="eqn-B3">(B.3)</xref> into <xref ref-type="disp-formula" rid="eqn-B7">Eq. (B.7)</xref> and dividing the integral domain <inline-formula id="ieqn-333"><mml:math id="mml-ieqn-333"><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">&#x03A9;</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>&#x03C4;</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula> in the third integral on the right hand side of <xref ref-type="disp-formula" rid="eqn-B7">Eq. (B.7)</xref> into two parts <inline-formula id="ieqn-334"><mml:math id="mml-ieqn-334"><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">&#x03A9;</mml:mi><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x03C4;</mml:mi><mml:mi>d</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula> and <inline-formula id="ieqn-335"><mml:math id="mml-ieqn-335"><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">&#x03A9;</mml:mi><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x03C4;</mml:mi><mml:mi>n</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula>, we get
<disp-formula id="eqn-B8"><label>(B.8)</label><mml:math id="mml-eqn-B8" display="block"><mml:mtable columnalign="right left right left right left right left right left right left" rowspacing="3pt" columnspacing="0em 2em 0em 2em 0em 2em 0em 2em 0em 2em 0em" displaystyle="true"><mml:mtr><mml:mtd /><mml:mtd><mml:mi></mml:mi><mml:msub><mml:mo>&#x222B;</mml:mo><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">&#x03A9;</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">&#x039E;</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">x</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:msub><mml:mover><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">x</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo accent="false">&#x00AF;</mml:mo></mml:mover><mml:mi>m</mml:mi></mml:msub><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">E</mml:mtext></mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub><mml:mo>&#x22C5;</mml:mo><mml:mrow><mml:mover><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">u</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">&#x007E;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">x</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>s</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>d</mml:mtext></mml:mrow></mml:mrow><mml:msub><mml:mi>V</mml:mi><mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">x</mml:mtext></mml:mrow></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:msub><mml:mo>&#x222B;</mml:mo><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">&#x03A9;</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mover><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">F</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">&#x007E;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">x</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>s</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x22C5;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mover><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">u</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">&#x007E;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mi>g</mml:mi></mml:msub><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">x</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:msub><mml:mover><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">x</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo accent="false">&#x00AF;</mml:mo></mml:mover><mml:mi>m</mml:mi></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>s</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>d</mml:mtext></mml:mrow></mml:mrow><mml:msub><mml:mi>V</mml:mi><mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">x</mml:mtext></mml:mrow></mml:mrow></mml:msub></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mo>=</mml:mo></mml:mtd><mml:mtd><mml:mi></mml:mi><mml:msub><mml:mo>&#x222B;</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">&#x03A9;</mml:mi><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x03C4;</mml:mi><mml:mi>d</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x02133;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mover><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">u</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">&#x007E;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">x</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>s</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x22C5;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mover><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">u</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">&#x007E;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mi>g</mml:mi></mml:msub><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">x</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:msub><mml:mover><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">x</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo accent="false">&#x00AF;</mml:mo></mml:mover><mml:mi>m</mml:mi></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>s</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>&#x02133;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mover><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">u</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">&#x007E;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mi>g</mml:mi></mml:msub><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">x</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:msub><mml:mover><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">x</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo accent="false">&#x00AF;</mml:mo></mml:mover><mml:mi>m</mml:mi></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>s</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x22C5;</mml:mo><mml:mrow><mml:mover><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">u</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">&#x007E;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">x</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>s</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>d</mml:mtext></mml:mrow></mml:mrow><mml:msub><mml:mi>V</mml:mi><mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">x</mml:mtext></mml:mrow></mml:mrow></mml:msub></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd /><mml:mtd><mml:mi></mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mo>&#x222B;</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">&#x03A9;</mml:mi><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x03C4;</mml:mi><mml:mi>n</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x02133;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mover><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">u</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">&#x007E;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">x</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>s</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x22C5;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mover><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">u</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">&#x007E;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mi>g</mml:mi></mml:msub><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">x</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:msub><mml:mover><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">x</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo accent="false">&#x00AF;</mml:mo></mml:mover><mml:mi>m</mml:mi></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>s</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>&#x02133;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mover><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">u</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">&#x007E;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mi>g</mml:mi></mml:msub><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">x</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:msub><mml:mover><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">x</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo accent="false">&#x00AF;</mml:mo></mml:mover><mml:mi>m</mml:mi></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>s</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x22C5;</mml:mo><mml:mrow><mml:mover><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">u</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">&#x007E;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">x</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>s</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>d</mml:mtext></mml:mrow></mml:mrow><mml:msub><mml:mi>V</mml:mi><mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">x</mml:mtext></mml:mrow></mml:mrow></mml:msub></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula></p>
<p>Considering the extra condition <xref ref-type="disp-formula" rid="eqn-16">Eq. (16)</xref>, which converts the integral in the volume constrained boundary to the one on the classical boundary, we simplify <xref ref-type="disp-formula" rid="eqn-B8">Eq. (B.8)</xref> as follows:
<disp-formula id="eqn-B9"><label>(B.9)</label><mml:math id="mml-eqn-B9" display="block"><mml:mtable columnalign="right left right left right left right left right left right left" rowspacing="3pt" columnspacing="0em 2em 0em 2em 0em 2em 0em 2em 0em 2em 0em" displaystyle="true"><mml:mtr><mml:mtd /><mml:mtd><mml:mi></mml:mi><mml:msub><mml:mo>&#x222B;</mml:mo><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">&#x03A9;</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">&#x039E;</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">x</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:msub><mml:mover><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">x</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo accent="false">&#x00AF;</mml:mo></mml:mover><mml:mi>m</mml:mi></mml:msub><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">E</mml:mtext></mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub><mml:mo>&#x22C5;</mml:mo><mml:mrow><mml:mover><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">u</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">&#x007E;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">x</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>s</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>d</mml:mtext></mml:mrow></mml:mrow><mml:msub><mml:mi>V</mml:mi><mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">x</mml:mtext></mml:mrow></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:msub><mml:mo>&#x222B;</mml:mo><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">&#x03A9;</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mover><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">F</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">&#x007E;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">x</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>s</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x22C5;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mover><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">u</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">&#x007E;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mi>g</mml:mi></mml:msub><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">x</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:msub><mml:mover><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">x</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo accent="false">&#x00AF;</mml:mo></mml:mover><mml:mi>m</mml:mi></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>s</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>d</mml:mtext></mml:mrow></mml:mrow><mml:msub><mml:mi>V</mml:mi><mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">x</mml:mtext></mml:mrow></mml:mrow></mml:msub></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mo>=</mml:mo></mml:mtd><mml:mtd><mml:mi></mml:mi><mml:msub><mml:mo>&#x222B;</mml:mo><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">&#x2202;</mml:mi><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">&#x03A9;</mml:mi><mml:mi>d</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:msub><mml:mover><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">T</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo accent="false">&#x00AF;</mml:mo></mml:mover><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mover><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">u</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">&#x007E;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">x</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">n</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>s</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x22C5;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mover><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">u</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">&#x007E;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mi>g</mml:mi></mml:msub><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">x</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:msub><mml:mover><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">x</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo accent="false">&#x00AF;</mml:mo></mml:mover><mml:mi>m</mml:mi></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>s</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mover><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">T</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo accent="false">&#x00AF;</mml:mo></mml:mover><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mover><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">u</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">&#x007E;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mi>g</mml:mi></mml:msub><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">x</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:msub><mml:mover><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">x</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo accent="false">&#x00AF;</mml:mo></mml:mover><mml:mi>m</mml:mi></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">n</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>s</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x22C5;</mml:mo><mml:mrow><mml:mover><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">u</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">&#x007E;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">x</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>s</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>d</mml:mtext></mml:mrow></mml:mrow><mml:msub><mml:mi>V</mml:mi><mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">x</mml:mtext></mml:mrow></mml:mrow></mml:msub></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd /><mml:mtd><mml:mi></mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mo>&#x222B;</mml:mo><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">&#x2202;</mml:mi><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">&#x03A9;</mml:mi><mml:mi>n</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:msub><mml:mover><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">T</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo accent="false">&#x00AF;</mml:mo></mml:mover><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mover><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">u</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">&#x007E;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">x</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">n</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>s</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x22C5;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mover><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">u</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">&#x007E;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mi>g</mml:mi></mml:msub><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">x</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:msub><mml:mover><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">x</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo accent="false">&#x00AF;</mml:mo></mml:mover><mml:mi>m</mml:mi></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>s</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mover><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">T</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo accent="false">&#x00AF;</mml:mo></mml:mover><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mover><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">u</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">&#x007E;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mi>g</mml:mi></mml:msub><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">x</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:msub><mml:mover><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">x</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo accent="false">&#x00AF;</mml:mo></mml:mover><mml:mi>m</mml:mi></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">n</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>s</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x22C5;</mml:mo><mml:mrow><mml:mover><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">u</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">&#x007E;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">x</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>s</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>d</mml:mtext></mml:mrow></mml:mrow><mml:msub><mml:mi>V</mml:mi><mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">x</mml:mtext></mml:mrow></mml:mrow></mml:msub></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>where <inline-formula id="ieqn-336"><mml:math id="mml-ieqn-336"><mml:mover><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">T</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo accent="false">&#x00AF;</mml:mo></mml:mover></mml:math></inline-formula> is the PD force flux vector operator in <xref ref-type="disp-formula" rid="eqn-18">Eq. (18)</xref> [<xref ref-type="bibr" rid="ref-44">44</xref>,<xref ref-type="bibr" rid="ref-45">45</xref>]. Taking the limit process <inline-formula id="ieqn-337"><mml:math id="mml-ieqn-337"><mml:msub><mml:mover><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">x</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo accent="false">&#x00AF;</mml:mo></mml:mover><mml:mi>m</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy="false">&#x2192;</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">&#x2202;</mml:mi><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">&#x03A9;</mml:mi><mml:mi>d</mml:mi></mml:msub><mml:mo>&#x222A;</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">&#x2202;</mml:mi><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">&#x03A9;</mml:mi><mml:mi>n</mml:mi></mml:msub></mml:math></inline-formula> for <xref ref-type="disp-formula" rid="eqn-B9">Eq. (B.9)</xref>, which is similar to <xref ref-type="disp-formula" rid="eqn-28">Eq. (28)</xref>, and executing the variable substitution <inline-formula id="ieqn-338"><mml:math id="mml-ieqn-338"><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">x</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">&#x2192;</mml:mo><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">y</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mover><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">x</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo accent="false">&#x00AF;</mml:mo></mml:mover><mml:mi>m</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy="false">&#x2192;</mml:mo><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">x</mml:mtext></mml:mrow></mml:math></inline-formula>, we get as follows:
<disp-formula id="eqn-B10"><label>(B.10)</label><mml:math id="mml-eqn-B10" display="block"><mml:mtable columnalign="right left right left right left right left right left right left" rowspacing="3pt" columnspacing="0em 2em 0em 2em 0em 2em 0em 2em 0em 2em 0em" displaystyle="true"><mml:mtr><mml:mtd /><mml:mtd><mml:msub><mml:mrow><mml:mover><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">u</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">&#x007E;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:msub><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">x</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>s</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:msub><mml:mo>&#x222B;</mml:mo><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">&#x03A9;</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mover><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">F</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">&#x007E;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">y</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>s</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x22C5;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mover><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">u</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">&#x007E;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mi>g</mml:mi></mml:msub><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">y</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">x</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>s</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>d</mml:mtext></mml:mrow></mml:mrow><mml:msub><mml:mi>V</mml:mi><mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">y</mml:mtext></mml:mrow></mml:mrow></mml:msub></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mo>=</mml:mo></mml:mtd><mml:mtd><mml:mi></mml:mi><mml:msub><mml:mo>&#x222B;</mml:mo><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">&#x2202;</mml:mi><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">&#x03A9;</mml:mi><mml:mi>d</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:msub><mml:mover><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">T</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo accent="false">&#x00AF;</mml:mo></mml:mover><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mover><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">u</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">&#x007E;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">y</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">n</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>s</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x22C5;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mover><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">u</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">&#x007E;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mi>g</mml:mi></mml:msub><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">y</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">x</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>s</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mover><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">T</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo accent="false">&#x00AF;</mml:mo></mml:mover><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mover><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">u</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">&#x007E;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mi>g</mml:mi></mml:msub><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">y</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">x</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">n</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>s</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x22C5;</mml:mo><mml:mrow><mml:mover><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">u</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">&#x007E;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">y</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>s</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>d</mml:mtext></mml:mrow></mml:mrow><mml:msub><mml:mi>V</mml:mi><mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">y</mml:mtext></mml:mrow></mml:mrow></mml:msub></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd /><mml:mtd><mml:mi></mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mo>&#x222B;</mml:mo><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">&#x2202;</mml:mi><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">&#x03A9;</mml:mi><mml:mi>n</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:msub><mml:mover><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">T</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo accent="false">&#x00AF;</mml:mo></mml:mover><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mover><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">u</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">&#x007E;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">y</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">n</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>s</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x22C5;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mover><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">u</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">&#x007E;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mi>g</mml:mi></mml:msub><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">y</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">x</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>s</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mover><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">T</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo accent="false">&#x00AF;</mml:mo></mml:mover><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mover><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">u</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">&#x007E;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mi>g</mml:mi></mml:msub><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">y</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">x</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">n</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>s</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x22C5;</mml:mo><mml:mrow><mml:mover><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">u</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">&#x007E;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">y</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>s</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>d</mml:mtext></mml:mrow></mml:mrow><mml:msub><mml:mi>V</mml:mi><mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">y</mml:mtext></mml:mrow></mml:mrow></mml:msub></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>where <inline-formula id="ieqn-339"><mml:math id="mml-ieqn-339"><mml:mo>&#x222B;</mml:mo></mml:math></inline-formula> denotes the CPV of the integral. Adopting the approach in the literature [<xref ref-type="bibr" rid="ref-47">47</xref>,<xref ref-type="bibr" rid="ref-48">48</xref>] to establish a connection between the PD boundary conditions and the local boundary conditions, we obtain the following relationship.
<disp-formula id="eqn-B11"><label>(B.11)</label><mml:math id="mml-eqn-B11" display="block"><mml:mtable columnalign="right left right left right left right left right left right left" rowspacing="3pt" columnspacing="0em 2em 0em 2em 0em 2em 0em 2em 0em 2em 0em" displaystyle="true"><mml:mtr><mml:mtd /><mml:mtd><mml:mrow><mml:mover><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">u</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">&#x007E;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">x</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>s</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">D</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">x</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>s</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mspace width="1em" /><mml:mrow><mml:mtext>for</mml:mtext></mml:mrow><mml:mtext>&#x00A0;</mml:mtext><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">x</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo>&#x2208;</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">&#x2202;</mml:mi><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">&#x03A9;</mml:mi><mml:mi>d</mml:mi></mml:msub></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<disp-formula id="eqn-B12"><label>(B.12)</label><mml:math id="mml-eqn-B12" display="block"><mml:mtable columnalign="right left right left right left right left right left right left" rowspacing="3pt" columnspacing="0em 2em 0em 2em 0em 2em 0em 2em 0em 2em 0em" displaystyle="true"><mml:mtr><mml:mtd /><mml:mtd><mml:mover><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">T</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo accent="false">&#x00AF;</mml:mo></mml:mover><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mover><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">u</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">&#x007E;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">x</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">n</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>s</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">P</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">x</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>s</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mspace width="1em" /><mml:mrow><mml:mtext>for</mml:mtext></mml:mrow><mml:mtext>&#x00A0;</mml:mtext><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">x</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo>&#x2208;</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">&#x2202;</mml:mi><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">&#x03A9;</mml:mi><mml:mi>n</mml:mi></mml:msub></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>where <inline-formula id="ieqn-340"><mml:math id="mml-ieqn-340"><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">D</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">x</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>s</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula> and <inline-formula id="ieqn-341"><mml:math id="mml-ieqn-341"><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">P</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">x</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>s</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula> are the local boundary condition in the Laplace domain. Substituting <xref ref-type="disp-formula" rid="eqn-B11">Eqs. (B.11)</xref> and <xref ref-type="disp-formula" rid="eqn-B12">(B.12)</xref> into <xref ref-type="disp-formula" rid="eqn-B10">Eq. (B.10)</xref> yields
<disp-formula id="eqn-B13"><label>(B.13)</label><mml:math id="mml-eqn-B13" display="block"><mml:mtable columnalign="right left right left right left right left right left right left" rowspacing="3pt" columnspacing="0em 2em 0em 2em 0em 2em 0em 2em 0em 2em 0em" displaystyle="true"><mml:mtr><mml:mtd /><mml:mtd><mml:msub><mml:mrow><mml:mover><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">u</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">&#x007E;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:msub><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">x</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>s</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:msub><mml:mo>&#x222B;</mml:mo><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">&#x03A9;</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mover><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">F</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">&#x007E;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">y</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>s</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x22C5;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mover><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">u</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">&#x007E;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mi>g</mml:mi></mml:msub><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">y</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">x</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>s</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>d</mml:mtext></mml:mrow></mml:mrow><mml:msub><mml:mi>V</mml:mi><mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">y</mml:mtext></mml:mrow></mml:mrow></mml:msub></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mo>=</mml:mo></mml:mtd><mml:mtd><mml:mi></mml:mi><mml:msub><mml:mo>&#x222B;</mml:mo><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">&#x2202;</mml:mi><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">&#x03A9;</mml:mi><mml:mi>d</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:msub><mml:mover><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">T</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo accent="false">&#x00AF;</mml:mo></mml:mover><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mover><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">u</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">&#x007E;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">y</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">n</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>s</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x22C5;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mover><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">u</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">&#x007E;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mi>g</mml:mi></mml:msub><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">y</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">x</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>s</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mover><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">T</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo accent="false">&#x00AF;</mml:mo></mml:mover><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mover><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">u</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">&#x007E;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mi>g</mml:mi></mml:msub><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">y</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">x</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">n</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>s</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x22C5;</mml:mo><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">D</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">y</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>s</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>d</mml:mtext></mml:mrow></mml:mrow><mml:msub><mml:mi>V</mml:mi><mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">y</mml:mtext></mml:mrow></mml:mrow></mml:msub></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd /><mml:mtd><mml:mi></mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mo>&#x222B;</mml:mo><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">&#x2202;</mml:mi><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">&#x03A9;</mml:mi><mml:mi>n</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">P</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">y</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>s</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x22C5;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mover><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">u</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">&#x007E;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mi>g</mml:mi></mml:msub><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">y</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">x</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>s</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mover><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">T</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo accent="false">&#x00AF;</mml:mo></mml:mover><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mover><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">u</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">&#x007E;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mi>g</mml:mi></mml:msub><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">y</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">x</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">n</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>s</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x22C5;</mml:mo><mml:mrow><mml:mover><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">u</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">&#x007E;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">y</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>s</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>d</mml:mtext></mml:mrow></mml:mrow><mml:msub><mml:mi>V</mml:mi><mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">y</mml:mtext></mml:mrow></mml:mrow></mml:msub></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula></p>
<p><xref ref-type="disp-formula" rid="eqn-B13">Eq. (B.13)</xref> is the BIE of the OSPD in the Laplace domain.</p>
</sec>
</app>
</app-group>
</back></article>