第1卷第3期
具有截断DtN边界条件的高频散射问题的CIP-FEM

李永林,郑伟英&朱晓鹏

CSIAM事务。申请。数学。,1(2020年),第530-560页。

在线发布:2020-09

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  • 摘要

提出了一种连续内罚有限元法(CIP-FEM)解决不可穿透障碍物的高频亥姆霍兹散射问题在两个维度上。为了在有界区域上描述问题,通过截断在外边界上提出了Dirichlet-To-Neumann(DtN)边界条件将原始DtN映射到有限项的傅里叶级数。假设截断阶$N≥kR$,其中$k$是波数,$R$是外边界的半径,那么对于原始问题和对偶问题,都建立了$H^j$稳定性,$j$=0,1,2,并对$k$的上界进行了明确而尖锐的估计。此外,我们证明了当某些$λ$>1的$N≥λkR$时,DtN截断的解随着$N$的增加,问题以指数形式收敛到原始散射问题。在$k^3$$h^2$足够小的条件下,我们证明了预渐近线性CIP-FEM和线性FEM的误差估计为$C_1$$kh$+$C_2$$k^3$h^2$。通过数值实验验证了理论结果。

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65N12、65N30、78A40、78A45

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提出了一种连续内罚有限元法(CIP-FEM)解决不可穿透障碍物的高频亥姆霍兹散射问题在二维中。为了在有界区域上描述问题,通过截断在外边界上提出了Dirichlet-To-Neumann(DtN)边界条件将原始DtN映射到有限项的傅里叶级数。假设截断阶$N≥kR$,其中$k$是波数,$R$是外边界的半径,则对于原始问题和对偶问题都建立了$H^j$-稳定性,$j$=0,1,2,并对$k$的上界进行了显式和尖锐的估计。此外,我们证明了当某些$λ$>1的$N≥λkR$时,DtN截断的解随着$N$的增加,问题以指数形式收敛到原始散射问题。在$k^3$$h^2$足够小的条件下,我们证明了预渐近线性CIP-FEM和线性FEM的误差估计为$C_1$$kh$+$C_2$$k^3$h^2$。通过数值实验验证了理论结果。

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提出了一种连续内罚有限元法(CIP-FEM)解决不可穿透障碍物的高频亥姆霍兹散射问题在两个维度上。为了在有界区域上描述问题,通过截断在外边界上提出了Dirichlet-To-Neumann(DtN)边界条件将原始DtN映射到有限项的傅里叶级数。假设截断阶$N≥kR$,其中$k$是波数,$R$是外边界的半径,则对于原始问题和对偶问题都建立了$H^j$-稳定性,$j$=0,1,2,并对$k$的上界进行了显式和尖锐的估计。此外,我们证明了当某些$λ$>1的$N≥λkR$时,DtN截断的解随着$N$的增加,问题以指数形式收敛到原始散射问题。在$k^3$$h^2$足够小的条件下,我们证明了预渐近线性CIP-FEM和线性FEM的误差估计为$C_1$$kh$+$C_2$$k^3$h^2$。数值实验验证了理论结果。

李永林、郑伟英和朱晓鹏。(2020). 具有截断DtN边界条件的高频散射问题的CIP-FEM。CSIAM应用数学汇刊.1(3).530-560.doi:10.4208/csiam-am.2020-0025
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