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混合等几何间断伽辽金(BIDG)方法的基础。 (英语) Zbl 1425.65171号

摘要:介绍了一种新的间断Galerkin(DG)方法,该方法将精确几何与高精度解无缝融合。这种新方法称为混合等几何间断Galerkin(BIDG)方法。BIDG方法与现有曲线网格上的高阶精确DG方法(例如经典等参DG方法)形成对比,因为在每个网格细化级别上都精确地保留了底层几何体,允许使用计算机辅助设计(CAD)简化复杂的真实世界网格设计并实现自动化软件。BIDG方法是专门为方便并入现有代码体系结构而设计的。本文通过两个例子讨论了具体的实现细节:(1)声波方程,(2)麦克斯韦方程。对准确性和稳定性进行了基本测试,包括最佳收敛性,附录中提供了补充的理论结果以及完全可操作的工作代码示例的链接。

MSC公司:

65N30型 含偏微分方程边值问题的有限元、Rayleigh-Ritz和Galerkin方法
65D17号 计算机辅助设计(曲线和曲面建模)
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全文: 内政部

参考文献:

[1] 王振杰。;Fidkowski,K。;Abgrall,R。;Bassi,F。;Caraeni,D。;A.卡里。;Deconick,H。;哈特曼,R。;Hillewaert,K。;Huynh,H.T。;北卡罗尔。;May,G。;佩尔松,P.-O。;van Leer,B。;Visbal,M.,《高阶CFD方法:现状与展望》,国际。J.数字。《液体方法》,72,8,811-845(2013)·Zbl 1455.76007号
[2] 斯里尼瓦桑,B。;哈基姆,A。;Shumlak,U.,双流体色散快速磁流体动力学现象的数值方法,Commun。计算。物理。,10, 1, 183-215 (2011) ·Zbl 1364.76120号
[3] Loverich,J。;哈基姆,A。;Shumlak,U.,理想双流体等离子体方程的不连续伽辽金方法,Commun。计算。物理。,9, 2, 240-268 (2011) ·Zbl 1364.35278号
[4] Altmann,C。;贝克,A。;Birkefeld,A。;辛登朗,F。;Staudenmaier,M。;Gassner,G。;Munz,C.-D.,《高性能计算流体动力学(hpcdg)的间断Galerkin》,(Nagel,W.E.;Kröner,D.B.;Resch,M.M.,《科学与工程中的高性能计算》11(2012),Springer:Springer Berlin,Heidelberg),277-288
[5] Dawson,C。;Kubatko,E。;韦斯特林克,J。;特拉汉,C。;米拉比托,C。;Michoski,C。;Panda,N.,《模拟飓风风暴潮的间断Galerkin方法》,水资源高级研究所。,34,9,1165-1176(2011),新计算方法和软件工具
[6] Gassner,G.J.,《一种不对称非连续Galerkin谱元离散及其与sbp-sat有限差分方法的关系》,SIAM J.Sci。计算。,35、3、A1233-A1253(2013)·Zbl 1275.65065号
[7] Huynh,H.T。;王振杰。;Vincent,P.E.,《计算流体动力学的高阶方法:非结构网格上紧致微分公式的简要回顾》,计算与流体,98,SI,209-220(2014)·Zbl 1390.65123号
[8] Kloeckner,A。;沃伯顿,T。;布里奇,J。;Hesthaven,J.S.,图形处理器上的Nodal间断Galerkin方法,J.Compute。物理。,228, 21, 7863-7882 (2009) ·Zbl 1175.65111号
[9] Michoski,C。;Meyerson,D。;Isaac,T。;Waelbroeck,F.,托卡马克刮削层等离子体物理的间断Galerkin方法,J.Compute。物理。,274, 0, 898-919 (2014) ·Zbl 1351.82104号
[10] Cheng,Y。;甘巴,I.M。;李,F。;Morrison,P.J.,Vlasov-Maxwell方程的间断Galerkin方法,SIAM J.Numer。分析。,52, 2, 1017-1049 (2014) ·Zbl 1307.76051号
[11] Cheng,Y。;李,F。;邱,J。;Xu,L.,理想MHD方程的保正DG和中心DG方法,J.Compute。物理。,238255-280(2013年)·Zbl 1286.76162号
[12] 郭,W。;李,F。;邱,J.,Hamilton-Jacobi方程的Lax-Wendroff型时间离散的局部结构保留间断Galerkin方法,J.Sci。计算。,47, 2, 239-257 (2011) ·Zbl 1217.65193号
[13] 刘,H。;Yu,H.,Fokker-Planck方程的满足熵的间断Galerkin方法,J.Sci。计算。,62, 3, 803-830 (2015) ·Zbl 1320.65143号
[14] Gassner,G.J.,《保持动能的节块不连续Galerkin谱元法》,国际。J.数字。方法流体,76,1,28-50(2014)·Zbl 1455.76142号
[15] Xing,Y。;张,X。;Shu,C.-W.,浅水方程的保正高阶平衡间断Galerkin方法,高级水资源。,1476-1493年12月33日(2010年)
[16] Xing,Y.,具有动水平衡的浅水方程的精确平衡间断Galerkin方法,J.Compute。物理。,257,A,536-553(2014)·Zbl 1349.76289号
[17] Cheng,Y。;Christlieb,A.J。;Zhong,X.,Vlasov-Ampere系统的能量守恒间断Galerkin方法,J.Compute。物理。,256, 630-655 (2014) ·Zbl 1349.78030号
[18] Olbrant,E。;Hauck,C.D。;Frank,M.,辐射传输M1模型的保持可实现性的间断Galerkin方法,J.Compute。物理。,231, 17, 5612-5639 (2012) ·Zbl 1277.65083号
[19] Geuzaine,C。;Remacle,J.-F.,Gmsh:一个内置预处理和后处理设施的三维有限元网格生成器,国际。J.数字。方法工程师,79,11309-1331(2009)·Zbl 1176.74181号
[21] Geuzaine,C。;Johnen,A。;兰布雷希茨,J。;Remacle,J.-F。;Touloge,T.,《有效曲线网格的生成》,(Kroll,N.;Hirsch,C.;Bassi,F.;Johnston,C.;Hillewaert,K.,IDIHOM:高阶方法的工业化——自上而下的方法。IDIHOM:高阶方法工业化——自顶向下的方法,数值流体力学和多学科设计注释,第128卷(2015),施普林格国际出版公司),15-39
[22] Touloge,T。;Geuzaine,C。;Remacle,J.-F。;Lambrechts,J.,《曲线网格的稳健解缠》,J.Compute。物理。,254, 8-26 (2013) ·Zbl 1349.65670号
[23] Johnen,A。;Remacle,J.-F。;Geuzaine,C.,曲线有限元的几何有效性,J.计算。物理。,233, 0, 359-372 (2013)
[24] 罗,X。;谢泼德,M。;李,L.-Q。;Ng,C。;Ge,L.,《改进罗盘电磁分析的曲面网格校正和自适应工具》,J.Phys。Conf.系列。,125,1,第012082条pp.(2008)
[25] 徐,J。;Chernikov,A.N.,由平滑边界和保证保真度驱动的曲线质量网格自动生成,Procedia Eng.,82,0,200-212(2014),第23届国际网格圆桌会议(IMR23)
[27] Warburton,T.,波问题的低存储曲线间断Galerkin方法,SIAM J.Sci。计算。,35、4、A1987-A2012(2013)·Zbl 1362.65109号
[28] Touloge,T。;Desmet,W.,应用于气动声学传播的非连续Galerkin方法的曲线边界处理,AIAA/CEAS第15届气动声学会议,佛罗里达州迈阿密,2009年5月11日至13日。AIAA/CEAS第15届空气声学会议,佛罗里达州迈阿密,2009年5月11日至13日,AIAA J.,48,2,479-489(2010)
[29] Krivodonova,L。;Berger,M.,弯曲几何形状中实体壁边界条件的高阶精确实现,J.Comput。物理。,211, 2, 492-512 (2006) ·Zbl 1138.76403号
[30] Fahs,H.,提高曲线域时域电磁学的高阶间断Galerkin方法的精度,国际计算杂志。数学。,88, 10, 2124-2153 (2011) ·Zbl 1321.78015号
[33] 斯特朗,G。;Fix,G.J.,《有限元法分析》,(《自动计算中的Prentice-Hall级数》(1973年),Prentice-Hall:Prentice-Hall Englewood Cliffs,新泽西州),【cop.1973】·Zbl 0278.65116号
[34] 赫塞文,J.S。;Warburton,T.,(Nodal Discontinuous Galerkin Methods,Nodal Incontinurous Galergin Methods.,应用数学文本,第54卷(2008),Springer:Springer New York),算法,分析和应用·兹比尔1134.65068
[35] Barth,T.,三角域上气体动力系统的简化数值方法(1998),斯坦福大学(博士论文)
[36] Wall,W.A。;Frenzel,医学硕士。;Cyron,C.,等几何结构形状优化,计算。方法应用。机械。工程,197,33-40,2976-2988(2008)·兹比尔1194.74263
[37] 杜维涅奥,R。;维索内奥,M。;Deng,G.,《关于湍流闭合在模型和全尺寸船体形状优化中的作用》,《海洋科学杂志》。技术。,8, 1, 11-25 (2003)
[38] 伦德,E。;莫勒,H。;雅各布森,L.,《大位移和紊流定常流体-结构相互作用问题的形状设计优化》,结构。多磁盘。最佳。,25, 5-6, 383-392 (2003)
[39] 风扇,W。;乔,P.,《基于振动的损伤识别方法:回顾和比较研究》,《结构》。健康监测。国际。J.,10,1,83-111(2011)
[40] Balagangadhar,D。;Roy,S.,稳态流体热力系统的设计灵敏度分析和优化,计算机。方法应用。机械。工程,190,42,5465-5479(2001)·Zbl 1028.76006号
[41] Ganapathysubramanian,S。;Zabaras,N.,延性损伤材料变形过程的计算设计,计算。方法应用。机械。工程,192,1-2,147-183(2003)·Zbl 1018.74032号
[42] Slipher,G.A。;Hubbard,J.E.,《利用高阶膜模式改善合成喷气性能》,美国航空航天协会第46届航空航天科学会议和展览,内华达州里诺,2008年1月7日至10日。AIAA第46届航空航天科学会议和展览,内华达州雷诺,2008年1月7日至10日,AIAA J.,47,6,1388-1407(2009)
[43] Chun,J。;Kim,M。;Jung,H。;Hong,S.,使用免疫算法的电磁器件形状优化,第七届两年一度的IEEE电磁场计算会议,IEEE CEFC 96,日本冈山,1996年3月18日至20日。第七届IEEE电磁场计算双年度会议,IEEE CEFC 96,日本冈山,1996年3月18日至20日,IEEE Trans。马格纳。,33, 2, 1876-1879 (1997)
[44] 里森菲尔德,R.F。;Haimes,R。;Cohen,E.,《启动CAD复兴:多学科分析驱动设计:新一代先进计算设计、工程和制造环境的框架》,计算机。方法应用。机械。工程,284,0,1054-1072(2015),等角分析专刊·Zbl 06960571号
[45] 休斯·T。;科特雷尔,J。;Bazilevs,Y.,等几何分析:CAD,有限元,NURBS,精确几何和网格细化,计算。方法应用。机械。工程,194,39-41,4135-4195(2005)·Zbl 1151.74419号
[46] Bazilevs,Y。;卡罗,V。;科特雷尔,J。;Evans,J。;休斯·T。;利普顿,S。;斯科特,M。;Sederberg,T.,使用T样条的等几何分析,计算。方法应用。机械。工程师,199,5-8,229-263(2010),计算几何与分析·Zbl 1227.74123号
[47] 美国施拉姆。;Pilkey,W.D.,《使用直接积分和b样条优化扭转问题的结构形状》,计算。方法应用。机械。工程,107,1-2,268(1993)·Zbl 0783.73042号
[48] 穆纳西,M。;贝鲁埃塔,S。;Bechet,E。;博尔达斯,S.P.A。;Quoirin,D。;Potier-Ferry,M.,隐式定义域上的有限元分析:基于任意参数曲面的精确表示,计算。方法应用。机械。工程,200,5-8,774-796(2011)·Zbl 1225.65111号
[49] Auricchio,F。;达维加,L.B。;布法,A。;罗瓦迪纳,C。;Reali,A。;Sangalli,G.,平面线性弹性问题的完全无锁定等几何方法:流函数公式,计算。方法应用。机械。工程,197,1-4,160-172(2007)·Zbl 1169.74643号
[50] Bassi,F。;博蒂,L。;科伦坡,A。;Rebay,S.,Euler和Navier-Stokes方程基于凝聚的间断Galerkin离散化,计算与流体,61,SI,77-85(2012)·Zbl 1365.76109号
[51] Silveira,A.S。;莫拉,R.C。;A.F.C.席尔瓦。;Ortega,M.A.,不连续伽辽金方法的高阶表面处理及其在空气动力学中的应用,国际。J.数字。方法流体(2015)·Zbl 1455.65181号
[52] 塞维利亚,R。;Fernández-Méndez,S。;Huerta,A.,NURBS增强有限元法(NEFEM),国际。J.数字。方法工程,76,1,56-83(2008)·Zbl 1162.65389号
[53] 张,F。;Xu,Y。;Chen,F.,曲面上椭圆方程等几何分析的间断Galerkin方法,Commun。数学。统计人员。,2, 3-4, 431-461 (2014) ·Zbl 1310.65149号
[56] Proriol,J.,Sur une famille de polynomesaa deux variables orthogonaux dans un triangle,C.R.Acad.(《正交三角法》)。科学。巴黎,2459-2461(1975)·Zbl 0080.05204号
[57] Koornwinder,T.,经典正交多项式的双变量类似物,(特殊函数的理论与应用(1975)),435-495·兹比尔0326.33002
[58] Dubiner,M.,《三角形和其他域上的谱方法》,J.Sci。计算。,6, 4, 345-390 (1991) ·Zbl 0742.76059号
[59] Owens,R.G.,三角形上的谱近似,Proc。R.Soc.伦敦。序列号。数学。物理学。工程科学。,454, 1971, 857-872 (1998) ·Zbl 0915.35077号
[60] Warburton,T.,单纯形上插值节点的显式构造,J.工程数学。,56, 3, 247-262 (2006) ·Zbl 1110.65014号
[61] Toro,E.F.,Riemann Solvers and Numerical Methods for Fluid Dynamics:A Practical Introduction(1997),Springer:Springer Berlin,纽约·Zbl 0888.76001号
[62] Sederberg,T.W。;郑,J。;贝克诺夫,A。;Nasri,A.,T样条和T-NURCC,ACM Trans。图表。,22, 3, 477-484 (2003)
[63] Borden,M.J。;斯科特,硕士。;Evans,J.A。;Hughes,T.J.R.,基于NURBS的Bézier提取的等几何有限元数据结构,国际。J.数字。方法工程,87,1-5,15-47(2011)·Zbl 1242.74097号
[64] Farouki,R。;Sakkalis,T.,毕达哥拉斯速度图,IBM J.Res.Dev.,34,5,736-752(1990)
[65] Arnold,D.N。;布雷齐,F。;Cockburn,B。;Marini,L.D.,椭圆问题间断Galerkin方法的统一分析,SIAM J.Numer。分析。,39, 5, 1749-1779 (2001/02) ·Zbl 1008.65080号
[66] 休斯·T·J。;Evans,J.A。;Real,A.,特征值、边界值和初值问题的有限元和NURBS近似,计算。方法应用。机械。工程,272,0,290-320(2014)·兹比尔1296.65148
[67] 休斯·T。;Reali,A。;Sangalli,G.,《结构动力学和波传播中离散近似的对偶性和统一分析:p-方法有限元与k-方法{NURBS}的比较》,计算。方法应用。机械。工程,197,49-50,4104-4124(2008)·Zbl 1194.74114号
[68] Evans,J.A。;Hughes,T.J.R.,斯托克斯特征值问题各种混合离散化的离散谱分析,计算。机械。,50、6、SI、667-674(2012)·Zbl 1311.76024号
[69] Bazilevs,Y。;洛杉矶贝朗。;Veiga,D.A。;Cottrell,J.A。;休斯,T.J.R。;Sangalli,G.,《等几何分析:h精细网格的近似、稳定性和误差估计》,数学。模型方法应用。科学。,16, 07, 1031-1090 (2006) ·Zbl 1103.65113号
[70] Ciarlet,P.G.,《椭圆问题的有限元方法》(2002),工业与应用数学学会:美国宾夕法尼亚州费城工业与应用数学学会
[71] Ciarlet,P。;Raviart,P.-A,《曲线单元上的插值理论及其在有限元方法中的应用》,计算。方法应用。机械。工程,1,2,217-249(1972)·Zbl 0261.65079号
[72] 塞维利亚,R。;Fernández-Méndez,S。;Huerta,A.,三维nurbs增强有限元法(nefem),国际。J.数字。方法工程,88,2,103-125(2011)·Zbl 1242.78032号
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