[~]$ a=1;b=2
[~]$ expr $a+$b
1+2
[~]$ expr $a + $b
3
[~]$ expr $a * $b
expr: syntax error
[~]$ expr $a \* $b
2
Da página do manual:
ARG1 + ARG2
arithmetic sum of ARG1 and ARG2
Como podemos ver, você precisa de um espaço entre argumentos e operador. Além disso, você tem que escapar de operadores que podem ser interpretados como globs no bash:
Beware that many operators need to be escaped or quoted for shells.