×

无界区域托卡马克等离子体轴对称自由边界平衡计算的FEM-BEM耦合方法。 (英语) Zbl 1380.78003号

摘要:将无穷远处的边界条件纳入有界计算域的模拟是科学计算中反复出现的问题。有限元法(FEM)和边界元法(BEM)的结合是显而易见的工具,我们在这里首次采用两种标准FEM-BEM耦合方法来处理自由边界平衡问题:Johnson-Nédélec耦合和Bielak-MacCamy耦合。我们还回顾了融合应用的经典方法,根据其首次出现的von-Hagenow-Lackner耦合来命名,并介绍了由R.阿尔巴尼斯等人[“关于无限域中磁通量方程的解”,载于:《第八届欧洲物理会议计算物理会议论文集》,等离子体物理计算41–44(1986)]。我们表明,von-Hagenow-Lackner耦合存在不理想的非最优收敛特性,这表明其他耦合方案,尤其是Johnson-Nédélec或Albanese-Blum-de-Babieri,更适合于非线性平衡问题。此外,我们还表明,任何此类耦合方法都需要牛顿型迭代格式来求解相应的非线性离散代数系统。

MSC公司:

78A30型 静电和磁力静力学
78M10个 有限元、伽辽金及相关方法在光学和电磁理论问题中的应用
78M15型 边界元方法在光学和电磁理论问题中的应用
76周05 磁流体力学和电流体力学
PDF格式BibTeX公司 XML格式引用
全文: 内政部 哈尔

参考文献:

[1] 阿尔巴内塞,R。;安布罗西尼奥,R。;Mattei,M.,CREATE-NL+:一种面向鲁棒控制的自由边界动态等离子体平衡求解器,第28届聚变技术研讨会论文集(SOFT-28)。第28届聚变技术研讨会论文集(SOFT-28),聚变工程设计。,96-97, 664-667 (2015)
[2] 阿尔巴内塞,R。;布鲁姆,J。;De Barbieri,O.,《关于无限域中磁通量方程的求解》,(EPS.第八届欧洲物理等离子体物理计算会议(1986)(1986)),41-44
[3] 阿尔巴内塞,R。;布鲁姆,J。;De Barbieri,O.,通过PROTEUS代码对下一个欧洲圆环体进行的数值研究,(第12届等离子体数值模拟会议,第12届等离子数值模拟会议),旧金山(1987)
[4] A.Bermudez。;戈麦斯,D。;M.C.穆尼兹。;Salgado,P.,《感应炉轴对称电磁和热建模的FEM/BEM》,国际期刊编号。方法工程,71,7,856-878(2007)·Zbl 1194.78050号
[5] Bielak,J。;MacCamy,R.C.,《二维弹性动力学中的外部界面问题》,Q.Appl。数学。,41, 1, 143-159 (1983/84) ·Zbl 0519.73021号
[6] Blum,J.,等离子体物理中的数值模拟和最优控制(1989),Wiley/Gauthier-Villars·Zbl 0717.76009号
[7] 布鲁姆,J。;布尔贝,C。;Faugeras,B.,托卡马克中实时等离子体平衡重建,第六届工程逆问题国际会议论文集:理论与实践。第六届工程反问题国际会议论文集:理论与实践,物理学杂志。Conf.序列号。,135,第012019条pp.(2008)·Zbl 1382.76295号
[8] 布鲁姆,J。;布尔贝,C。;Faugeras,B.,托卡马克等离子体平衡的重建和电流密度分布的实时识别,J.Compute。物理。,231, 3, 960-980 (2012) ·Zbl 1382.76295号
[9] 布鲁姆,J。;Le Foll,J。;Thooris,B.,自持平衡与扩散代码SCED,计算。物理学。社区。,24, 235-254 (1981)
[11] Costabel,M。;欧文·V·J。;Stephan,E.P.,《边界元和有限元各种耦合的实验收敛速度》,数学。计算。型号。,1993年3月15日至102日(1991年)·兹比尔0727.65096
[12] Costabel,M。;Stephan,E.P.,弹塑性界面问题的有限元和边界元耦合,SIAM J.Numer。分析。,27, 5, 1212-1226 (1990) ·Zbl 0725.73090号
[13] Cuvelier,F。;贾普特,C。;Scarella,G.,用向量语言组装有限元矩阵的有效方法,BIT-Numer。数学。,56, 3, 833-864 (2016) ·Zbl 1351.65088号
[14] Davis,T.A.,Umfpack(2011)
[15] Fairweather,G.,微分方程的有限元Galerkin方法,Lect。注释纯应用。数学。,第34卷(1978年),马塞尔·德克尔公司:马塞尔·戴克尔公司,纽约,巴塞尔·Zbl 0372.65044号
[16] Freidberg,J.P.,《理想磁流体力学》(1987),美国增压室
[17] Gatica,G.N。;肖国忠,非线性边值问题的边界积分和有限元方法的解耦,J.Math。分析。申请。,189, 2, 442-461 (1995) ·Zbl 0821.65073号
[18] Goedbloed,J.P。;Poedts,S.,《磁流体动力学原理:在实验室和天体物理等离子体中的应用》(2004),剑桥大学出版社
[19] Grandgirard,V.,《托卡马克等离子体平衡模型》(1999),法国科姆大学,博士论文
[20] Heumann,H。;布鲁姆,J。;布尔贝,C。;福格拉斯,B。;塞利格·G。;安内,J.-M。;Brémond,S。;格兰吉拉德,V。;Hertout,P。;Nardon,E.,具有CEDRES++的环形等离子体的准静态自由边界平衡:计算方法和应用,J.plasma Phys。,81, 3 (2015)
[21] 辛顿,F.L。;Hazeltine,R.D.,环形约束系统中的等离子体输运理论,修订版。物理。,48239-308(1976年4月)
[22] Hittmair,R.,电磁散射中有限元和边界元的耦合,SIAM J.Numer。分析。,41, 3, 919-944 (2003) ·Zbl 1049.78021号
[23] 肖国忠。;Zhang,S.,求解外边值问题的最优阶多重网格方法,SIAM J.Numer。分析。,311680-694(1994年)·兹伯利0805.65113
[24] Itagaki,M。;Fukunaga,T.,《将Grad-Shafranov方程作为轴对称问题求解的边界元建模》,《工程分析》。已绑定。元素。,30, 9, 746-757 (2006) ·Zbl 1195.76284号
[25] Itagaki,M。;Kamisawada,J。;Oikawa,S.,基于等离子体电流剖面多项式展开的仅有边界积分方程方法,用于求解Grad-Shafranov方程,Nucl。融合,44,3427(2004)
[26] Jackson,J.D.,《经典电动力学》(1975),威利·Zbl 0997.78500号
[27] 贾丁,S.C.,《等离子体物理中的计算方法》(2010年),CRC出版社/泰勒与弗朗西斯:CRC出版社/Tylor&Francis Boca Raton,佛罗里达州·Zbl 1198.76002号
[28] 约翰逊,C。;Nedelec,J.C.,关于边界积分和有限元方法的耦合,数学。计算。,35, 152, 1063-1079 (1980) ·Zbl 0451.65083号
[29] Koko,J.,线性二维弹性的矢量化Matlab代码,科学。程序。,15、3、157-172(2007年8月)
[30] 拉克纳,K.,理想磁流体平衡的计算,计算。物理学。社区。,12, 1, 33-44 (1976)
[31] 老挝,L.L。;Ferron,J.R。;Geoebner,R.J。;霍华德,W。;约翰·H·E·圣。;斯特雷特,E.J。;Taylor,T.S.,托卡马克电流剖面的平衡分析,Nucl。融合,30,6,1035(1990)
[32] Mc Carthy,P.J。;马丁·P。;Schneider,W.,《CLISTE解释平衡规范》(1999),Max-Planck-Institut fur Plasmaphysik,IPP技术报告5/85
[33] 莫雷特,J.-M。;Duval,B.P。;Le,H.B。;科达,S。;费利西,F。;Reimerdes,H.,托卡马克平衡重建代码LIUQE及其实时实现,Fusion Eng.Des。,2015年1月91日至15日
[34] 斯特凡·绍特。;施瓦布,克里斯托夫,边界元方法,斯普林格。计算。数学。,第39卷(2011年),《斯普林格·弗拉格:柏林斯普林格尔·弗拉格》,由2004年德语原文翻译和扩充·兹比尔1215.65183
[35] Sayas,F.-J.,《Johnson-Nedelec BEM-FEM耦合在多边形界面上的有效性》,SIAM Rev.,55,1,131-146(2013)·Zbl 1270.65070号
[36] Steinbach,O.,《椭圆边值问题的数值逼近方法有限元和边界元》(2008),Springer:Springer New York,译自2003年德语原文
[37] Stephan,E.P.,一些非线性界面问题的有限元和边界元耦合,计算。方法应用。机械。工程,101,1-3,61-72(1992)·Zbl 0778.73076号
[38] 武田,T。;Tokuda,S.,托卡马克等离子体MHD平衡的计算,J.Compute。物理。,93, 1, 1-107 (1991) ·Zbl 0716.76086号
[39] 冯·哈格诺,K。;Lackner,K.,轴对称MHD平衡的计算,(第七届等离子体数值模拟大会,第七届等离子数值模拟大会),纽约(1975),140
[40] Wesson,J.,Tokamaks,国际Ser。单体。物理学。(2004),牛津大学出版社·Zbl 1111.82054号
[41] Zhao,K。;沃瓦基斯,M.N。;Lee,J.-F.,使用新型对称FEM-BEM方法解决电磁问题,IEEE Trans。马格纳。,42、4、583-586(2006年4月)
[42] 齐恩基维茨,O.C。;Kelly,D.W。;Bettess,P.,Marriageála mode-两全其美(有限元和边界积分),(Glowinski,R.;Rodin,E.Y.;Zienkiewicz,O.C.,《有限元分析中的能量方法》(1979),威利:威利-奇切斯特,英国),81-107·Zbl 0418.73065号
此参考列表基于出版商或数字数学图书馆提供的信息。其项与zbMATH标识符进行启发式匹配,可能包含数据转换错误。在某些情况下,zbMATH Open的数据对这些数据进行了补充/增强。这试图尽可能准确地反映原始论文中列出的参考文献,而不要求完整或完全匹配。