×

单域和复合域中二维抛物型问题的高阶数值方法。 (英语) Zbl 1395.65024号

小结:在这项工作中,我们讨论并比较了三种数值逼近单域和复合域中常系数和变系数扩散方程的方法,考虑到(i)切割有限元方法;(ii)差分电势法;和(iii)逐部分求和有限差分法。首先,我们对这三种方法中的每一种进行简要介绍。接下来,我们提出了基准问题,并考虑了单个域上线性抛物型问题的精度和收敛性的数值测试,并继续对复合域上的线性抛物型问题进行类似的测试(明确或隐含地定义了界面)。最后,将对这些方法和数值结果进行比较讨论。

MSC公司:

6500万06 含偏微分方程初值和初边值问题的有限差分方法
65个M12 含偏微分方程初值和初边值问题数值方法的稳定性和收敛性
65平方米 含偏微分方程初值和初边值问题离散方程的数值解
65M55型 多重网格方法;涉及偏微分方程初值和初边值问题的区域分解
65M60毫米 涉及偏微分方程初值和初边值问题的有限元、Rayleigh-Ritz和Galerkin方法
65米70 偏微分方程初值和初边值问题的谱、配置及相关方法
35K20码 二阶抛物型方程的初边值问题
PDF格式BibTeX公司 XML格式引用

参考文献:

[1] 阿巴巴内尔,S;Ditkowski,A,复杂形状扩散方程的渐近稳定四阶精确格式,J.Compute。物理。,133, 279-288, (1997) ·Zbl 0891.65099号 ·doi:10.1006/jcph.1997.5653
[2] 亚当斯,L;Li,Z,界面问题的浸入式界面/多重网格方法,SIAM J.Sci。计算。,24, 463-479, (2002) ·Zbl 1014.65099号 ·doi:10.1137/S1064827501389849
[3] Albright,J.:基于材料界面模型差分电势的数值方法。犹他大学博士论文(2016)·Zbl 1408.65078号
[4] 奥尔布赖特,J;Epshteyn,Y;梅德文斯基,M;夏,Q,二维材料界面椭圆问题基于差分势的高阶数值格式,应用。数字。数学。,111,64-91,(2017)·Zbl 1353.65110号 ·doi:10.1016/j.apnum.2016.08.017
[5] 奥尔布赖特,J;Epshteyn,Y;Steffen,KR,抛物线问题的高精度差分势方法,应用。数字。数学。,93, 87-106, (2015) ·Zbl 1326.65103号 ·doi:10.1016/j.apnum.2014.08.002
[6] 奥尔布赖特,J;Epshteyn,Y;Xia,Q,基于二维抛物型界面模型差电位的高阶精确方法,Commun。数学。科学。,15, 985-1019, (2017) ·Zbl 1516.65063号 ·doi:10.4310/CMS.2017.v15.n4.a4
[7] 阿尔奎斯特,M;卡拉萨洛,I;Mattsson,K,大规模不规则地形上的大气声传播,科学杂志。计算。,61, 369-397, (2014) ·Zbl 1299.76168号 ·doi:10.1007/s10915-014-9830-4
[8] 阿佩尔,D;Petersson,NA,具有自由表面的复杂几何体上弹性波动方程的稳定有限差分方法,Commun。计算。物理。,5, 84-107, (2009) ·Zbl 1364.74016号
[9] 贝德罗西安,J;布莱希特,JH;朱,S;西法基斯,E;Teran,JM,《具有界面和不规则域的椭圆问题的二阶虚节点法》,J.Compute。物理。,229, 6405-6426, (2010) ·Zbl 1197.65168号 ·doi:10.1016/j.jcp.2010.05.002
[10] 伯格,J;Nordström,J,单域和多域上连续和离散热对流方程的光谱分析,应用。数字。数学。,62, 1620-1638, (2012) ·Zbl 1251.65120号 ·doi:10.1016/j.apnum.2012.05.002
[11] Bouchon,M;坎皮略,M;Gaffet,S,研究波在具有不规则界面的多层介质中传播的边界积分方程-离散波数表示方法,地球物理学,54,1134-1140,(1989)·doi:10.1190/1.1442748
[12] 布里特,S;Tsynkov,S;Turkel,E,用高阶差分势求解非协调区域上的变速波动方程,J.Compute。物理。,(2017) ·Zbl 1380.65146号 ·doi:10.1016/j.jcp.2017.10.049
[13] 伯曼,E;克劳斯,S;Hansbo,P;MG拉尔森;Massing,A,Cutfem:离散几何和偏微分方程,国际期刊Numer。方法工程,104,472-501,(2015)·Zbl 1352.65604号 ·doi:10.1002/nme.4823
[14] 伯曼,E;Hansbo,P,使用切割元素的虚拟域有限元方法:II。稳定的Nitsche方法,应用。数字。数学。,62, 328-341, (2012) ·Zbl 1316.65099号 ·doi:10.1016/j.apnum.2011.01.008
[15] 伯曼,E;Hansbo,P;MG拉尔森;Zahedi,S,耦合舱壁问题的切割有限元方法,数值。数学。,133, 203-231, (2016) ·Zbl 1341.65044号 ·doi:10.1007/s00211-015-0744-3
[16] Carpenter,MH;戈特利布,D;Abarbanel,S,《求解双曲型方程组的有限差分格式的时间稳定边界条件:方法论及其在高阶紧致格式中的应用》,J.Compute。物理。,111, 220-236, (1994) ·Zbl 0832.65098号 ·doi:10.1006/jcph.1994.1057
[17] Carpenter,MH;诺德斯特伦,J;Gottlieb,D,《重审和扩展多域按部分求和运算符的接口惩罚》,J.Sci。计算。,45, 118-150, (2009) ·兹比尔1203.65176 ·doi:10.1007/s10915-009-9301-5
[18] 科科,A;Russo,G,任意界面上系数不连续椭圆问题的二阶多重网格方法,I:一维问题,数值。数学。理论方法应用。,5, 19-42, (2012) ·兹比尔1265.65251 ·数字对象标识代码:10.4208/nmtma.2011.m12si02
[19] 克罗科特,R;科尔拉(Colella),P;Graves,DT,解三维不连续系数泊松和热方程的笛卡尔网格嵌入边界法,J.Compute。物理。,230, 2451-2469, (2011) ·Zbl 1220.65121号 ·doi:10.1016/j.jcp.2010.12.017
[20] Rey Fernández,哥伦比亚特区;动臂,PD;Zingg,DW,节点一阶导数逐部分求和算子的广义框架,J.Compute。物理。,266、214至239(2014年)·Zbl 1311.65002号 ·doi:10.1016/j.jcp.2014.01.038
[21] Rey Fernández,哥伦比亚特区;JE希肯;Zingg,DW,偏微分方程数值解的同时逼近项的逐部分求和算子综述,计算。流体,95,171-196,(2014)·Zbl 1390.65064号 ·doi:10.1016/j.compfluid.2014.02.016
[22] Demirdz̆ić,i;Muzaferija,S,《复杂区域应力分析的有限体积法》,国际期刊数值。方法。工程师,37,3751-3766,(1994)·Zbl 0814.73075号 ·doi:10.1002/nme.1620372110
[23] 迪特科夫斯基,A;Harness,Y,含时不规则区域初边值问题的高阶嵌入有限差分格式,J.Sci。计算。,39, 394-440, (2009) ·Zbl 1203.65133号 ·doi:10.1007/s10915-009-9277-1
[24] 杜鲁,K;Virta,K,不连续介质中弹性波动方程的稳定和高阶精度差分方法,J.Compute。物理。,279, 37-62, (2014) ·Zbl 1351.74154号 ·doi:10.1016/j.jcp.2014.08.046
[25] Epshteyn,Y,patlak-Keller-Segel趋化模型的迎风微分电位法,科学杂志。计算。,53, 689-713, (2012) ·Zbl 1317.92019年9月 ·doi:10.1007/s10915-012-9599-2
[26] Epshteyn,Y,抛物线问题基于差分势法的算法合成方法,Commun。数学。科学。,12, 723-755, (2014) ·Zbl 1305.65184号 ·doi:10.4310/cms.2014.v12.n4.a7号文件
[27] Epshteyn,Y.,Medvinsky,M.:关于用差分势法求解椭圆界面问题。作者:Kirby,R.M.,Berzins,M.,Hesthaven,J.S.(编辑)偏微分方程的谱和高阶方法ICOSAHOM 2014,第197-205页。斯普林格(2015)。https://doi.org/10.1007/978-3-319-19800-2_16 ·Zbl 1352.65418号
[28] 爱泼斯坦,Y;Phippen,S,一维椭圆模型的高阶差分势方法,应用。数字。数学。,9369-86(2015年)·Zbl 1326.65142号 ·doi:10.1016/j.apnum.2014.02.005
[29] Epshteyn,Y;索夫罗诺夫,I;Tsynkov,S,V.S.ryaben'kii教授。在90岁生日之际。数字。数学。,93, 1-2, (2015) ·Zbl 1315.00092号 ·doi:10.1016/j.apnum.2015.02.001
[30] Fadlun,E;韦尔齐科,R;奥兰迪,P;Mohd-Yusof,J,三维复杂流动模拟的复合浸没边界有限差分方法,J.Compute。物理。,161, 35-60, (2000) ·Zbl 0972.76073号 ·doi:10.1006/jcph.2000.6484
[31] Fedkiw,RP;阿斯拉姆,T;梅里曼,B;Osher,S,多材料流动界面的非振荡欧拉方法(鬼流体方法),J.Compute。物理。,152, 457-492, (1999) ·Zbl 0957.76052号 ·doi:10.1006/jcph.1999.6236
[32] 吉布,F;Fedkiw,R,任意区域上拉普拉斯方程和热方程的四阶精确离散化,应用于Stefan问题,J.Compute。物理。,202, 577-601, (2005) ·Zbl 1061.65079号 ·doi:10.1016/j.jp.2004.07.018
[33] 韩国戈杜诺夫;弗吉尼亚州朱可夫;密歇根州拉扎列夫;伊利诺伊州索夫罗诺夫;图沙尼诺夫,VI;科洛多夫,AS;SV Tsynkov;切特韦鲁希金,BN;Epshteyn,YY,Viktor solomonovich ryaben'kii和他的学校(在他90岁生日那天),Russ。数学。调查。,70, 1183, (2015) ·兹伯利1342.01035 ·doi:10.1070/RM2015v070n06ABEH004981
[34] 龚,J;宣,L;明,P;Zhang,W,多层功能梯度材料瞬态热传导分析的非结构化有限体积法,数值。传热,B部分,63,222-247,(2013)·doi:10.1080/10407790.2013.751251
[35] 吉他,A;Lepilliez,M;Tanguy,S;Gibou,F,求解不规则区域上具有不连续性的椭圆问题——Voronoi接口方法,J.Compute。物理。,298, 747-765, (2015) ·Zbl 1349.65579号 ·doi:10.1016/j.jcp.2015.06.026
[36] 吉他,A;Poignard,C;Gibou,F,细胞聚集电渗透的Voronoi界面方法,J.Compute。物理。,332, 143-159, (2017) ·Zbl 1378.92015年 ·doi:10.1016/j.jcp.2016.11.048
[37] Hansbo,A;Hansbo,P,基于nitsche方法的椭圆界面问题不合适的有限元方法,计算。方法应用。机械。工程,191,5537-5552,(2002)·Zbl 1035.65125号 ·doi:10.1016/S0045-7825(02)00524-8
[38] Hansbo,P;MG拉尔森;Zahedi,S,Stokes界面问题的切割有限元方法,应用。数字。数学。,8590-1142014年·Zbl 1299.76136号 ·doi:10.1016/j.apnum.2014.06.009
[39] Hellrung,JL;王,L;西法基斯,E;Teran,JM,三维界面和不规则区域椭圆问题的二阶虚节点法,J.Compute。物理。,231, 2015-2048, (2012) ·Zbl 1408.65078号 ·doi:10.1016/j.jcp.2011.11.023
[40] Hesthaven,J.S.,Warburton,T.:节点间断Galerkin方法。施普林格,柏林(2008)。https://doi.org/10.1007/978-0-387-72067-8 ·Zbl 1134.65068号 ·doi:10.1007/978-0-387-72067-8
[41] 约翰森,H;Colella,P,不规则区域上泊松方程的笛卡尔网格嵌入边界法,J.Compute。物理。,147, 60-85, (1998) ·Zbl 0923.65079号 ·doi:10.1006/jcph.1998.5965
[42] Kim,J;Kim,D;Choi,H,《模拟复杂几何形状流动的浸没边界有限体积法》,J.Compute。物理。,171, 132-150, (2001) ·Zbl 1057.76039号 ·doi:10.1006/jcph.2001.6778
[43] Knupp,P.,Steinberg,S.:电网生成基础。CRC出版社,博卡拉顿(1993)·Zbl 0855.65123号
[44] JE科兹登;Wilcox,LC,非协调高阶有限差分方法的稳定耦合,SIAM J.Sci。计算。,38,a923-a952,(2016)·Zbl 1380.65160号 ·数字对象标识代码:10.1137/15M1022823
[45] Kreiss,H.O.,Scherer,G.:双曲型偏微分方程的有限元和有限差分方法。在:偏微分方程中有限元的数学方面,研讨会论文集第195-212页(1974)。https://doi.org/10.1016/B978-0-12-208350-1.50012-1 ·Zbl 0355.65085号
[46] 雷夫克,RJ;Li,Z,具有间断系数和奇异源的椭圆方程的浸入界面法,SIAM J.Numer。分析。,31, 1019-1044, (1994) ·Zbl 0811.65083号 ·doi:10.1137/0731054
[47] RJ LeVeque;Li,Z,带弹性边界或表面张力的Stokes流的浸没界面方法,SIAM J.Sci。计算。,18, 709-735, (1997) ·Zbl 0879.76061号 ·doi:10.1137/S1064827595282532
[48] 李,Z;Ito,K,浸没界面法:涉及界面和不规则区域的PDE的数值解,Front。申请。数学。Soc.Ind.申请。数学。,(2006) ·兹比尔1122.65096 ·数字对象标识代码:10.1137/1.9780898717464
[49] 明尼苏达州林尼克;Fasel,HF,《模拟不规则区域非定常不可压缩流动的高阶浸没界面法》,J.Compute。物理。,204, 157-192, (2005) ·Zbl 1143.76538号 ·doi:10.1016/j.jcp.2004.09.017
[50] 刘,T;Khoo,B;Yeo,K,强冲击对材料界面影响的Ghost流体方法,J.Compute。物理。,190, 651-681, (2003) ·Zbl 1076.76592号 ·doi:10.1016/S0021-9991(03)00301-2
[51] 刘,XD;Sideris,T,带界面椭圆方程的鬼流体方法的收敛性,数学。计算。,72, 1731-1746, (2003) ·Zbl 1027.65140号 ·doi:10.1090/S0025-5718-03-01525-4
[52] 马古拉,S;彼得罗巴夫洛夫斯基,S;Tsynkov,S;Turkel,E,具有重入角的区域的亥姆霍兹方程的高阶数值解,应用。数字。数学。,118, 87-116, (2017) ·Zbl 1367.65155号 ·doi:10.1016/j.apnum.2017.02.013
[53] 体量,A;MG拉尔森;Logg,A;Rognes,ME,Stokes问题的稳定Nitsche虚拟域方法,J.Sci。计算。,61, 604-628, (2014) ·Zbl 1417.76028号 ·doi:10.1007/s10915-014-9838-9
[54] Mattsson,K,变系数二阶导数有限差分近似的部分算子求和,科学杂志。计算。,51, 650-682, (2012) ·Zbl 1252.65055号 ·doi:10.1007/s10915-011-9525-z
[55] 马特森,K;Carpenter,MH,高阶多块有限差分方法的稳定和精确插值算子,SIAM J.Sci。计算。,32, 2298-2320, (2010) ·Zbl 1216.65107号 ·数字对象标识代码:10.1137/090750068
[56] Mayo,A,不规则区域上泊松方程和双调和方程的快速解,SIAM J.Sci。计算。,21, 285-299, (1984) ·Zbl 1131.65303号 ·doi:10.1137/0721021
[57] McCorquodale,P;科尔拉(Colella),P;Johansen,H,《不规则区域热方程的笛卡尔网格嵌入边界法》,J.Compute。物理。,173, 620-635, (2001) ·Zbl 0991.65099号 ·doi:10.1006/jcph.2001.6900
[58] 梅德文斯基,M;Tsynkov,S;Turkel,E,使用紧凑高阶格式的亥姆霍兹方程的差分势方法,J.Sci。计算。,53, 150-193, (2012) ·Zbl 1254.65118号 ·doi:10.1007/s10915-012-9602-y
[59] 梅德文斯基,M;Tsynkov,S;Turkel,E,使用简单网格求解一般光滑几何体的亥姆霍兹方程,《波动》,62,75-97,(2016)·Zbl 1469.65159号 ·doi:10.1016/j.wavemoti.2015.12.004
[60] Nitsche,J,U ber ein variationsprinzip zur lösung von Dirichlet proproblemen bei verwendung von teilrämen,die keinen randbedinggen unterworfen sind,Abhandlungen aus dem mathematischen汉堡大学研讨会,36,9-15,(1971)·Zbl 0229.65079号 ·doi:10.1007/BF02995904
[61] Peskin,CS,浸没边界法,数值学报。,11, 479-517, (2002) ·Zbl 1123.74309号 ·doi:10.1017/S0962492902000077
[62] Reznik,AA,椭圆算子表面势的差分逼近,Dokl。阿卡德。诺克SSSR,2631318-1321,(1982)
[63] Reznik,A.A.:用差分势逼近椭圆算子的表面势和边值问题的解。莫斯科物理与技术研究所博士论文(1983年)·兹比尔1305.65184
[64] Ryaben'kiĭ,VS,投影仪边界方程,Uspekhi Mat.Nauk,40,121-149,(1985)·Zbl 0594.35035号
[65] Ryaben'kii,V.S.:差分电势方法及其应用。施普林格,柏林(2002)。https://doi.org/10.1007/978-3-642-56344-7 ·Zbl 0994.65107号 ·doi:10.1007/978-3-642-56344-7
[66] Ryaben'kiĭ,VS,与Cauchy积分类似的差分势,Uspekhi Mat.Nauk,67,147-172,(2012)·兹比尔1253.31010
[67] Ryaben'kii,VS;图尔恰尼诺夫,VI;Epshteyn,YY,基于差分势法的复合域问题的算法合成方案,Comp。数学。数学。物理。,46, 1768-1784, (2006) ·doi:10.1134/s0965542506100137
[68] Saye,RI,超矩形中隐式定义曲面和体积的高阶求积方法,SIAM J.Sci。计算。,37,a993-a1019,(2015)·Zbl 1328.65070号 ·doi:10.1137/140966290
[69] 塞提安,JA;Wiegmann,A,通过水平集和浸入式接口方法进行结构边界设计,J.Compute。物理。,163, 489-528, (2000) ·Zbl 0994.74082号 ·doi:10.1006/jcph.2000.6581
[70] Sticko,S.:波动方程的高阶浸没有限元。乌普萨拉大学科学计算部执照论文(2016年)·Zbl 1265.65251号
[71] Sticko,S;Kreiss,G,波动方程的稳定Nitsche切割单元法,计算。方法应用。机械。工程,309,364-387,(2016)·Zbl 1439.76097号 ·doi:10.1016/j.cma.2016.06.001
[72] Strand,B,d/dx有限差分近似的部分求和,J.计算。物理。,110, 47-67, (1994) ·Zbl 0792.65011号 ·doi:10.1006/jcph.1994.1005
[73] 斯瓦德,M;Nordström,J,初边值问题的逐部分求和方案综述,J.Compute。物理。,268, 17-38, (2014) ·Zbl 1349.65336号 ·doi:10.1016/j.jcp.2014.02.031
[74] 曾,YH;费齐格,JH,复杂几何中流动的重影单元浸没边界方法,计算机J。物理。,192, 593-623, (2003) ·Zbl 1047.76575号 ·doi:10.1016/j.jcp.2003.07.024
[75] 维尔塔,K;Mattsson,K,复杂几何形状和非均匀介质中的声波传播,科学杂志。计算。,61, 90-118, (2014) ·Zbl 1306.65247号 ·doi:10.1007/s10915-014-9817-1
[76] 瓦德布罗,E;扎赫迪,S;克雷斯,G;Berggren,M,界面问题的一致条件良好、不合适的Nitsche方法,BIT-Numer。数学。,53, 791-820, (2013) ·Zbl 1279.65134号 ·doi:10.1007/s10543-012-0417-x
[77] 王,S;Kreiss,G,波动方程逐部分求和有限差分方法的收敛性,科学杂志。计算。,71, 219-245, (2017) ·Zbl 1398.65222号 ·doi:10.1007/s10915-016-0297-3
[78] 王,S;维尔塔,K;Kreiss,G,非协调网格界面波动方程的高阶有限差分方法,J.Sci。计算。,68, 1002-1028, (2016) ·Zbl 1352.65274号 ·doi:10.1007/s10915-016-0165-1
[79] 王,Y;周,H;袁,S;Ye,Y,边界一致网格中声波逆时偏移的四阶精度逐部分求和有限差分格式,J.Appl。地球物理学。,136, 498-512, (2017) ·doi:10.1016/j.japgeo.2016.12.002
[80] Woodward,W.H.:关于差分势法在线性弹性断裂力学中的应用。曼彻斯特大学博士论文(2015)·Zbl 1352.74043号
[81] 伍德沃德,WH;Utyuzhnikov,S;Massin,P,《差分势法在线弹性断裂力学中的应用》,国际J·数值。方法工程,103,703-736,(2015)·Zbl 1352.74043号 ·doi:10.1002/nme.4903
[82] 夏,K;詹,M;Wei,GW,多材料界面椭圆方程的MIB方法,J.Compute。物理。,230, 4588-4615, (2011) ·Zbl 1220.65150号 ·doi:10.1016/j.jcp.2011.02.037
[83] 叶,T;米塔尔,R;乌代库马尔,H;Shyy,W,《复杂浸没边界粘性不可压缩流动的精确笛卡尔网格法》,J.Compute。物理。,156209-240(1999年)·Zbl 0957.76043号 ·doi:10.1006/jcph.1999.6356
[84] 于,S;Wei,G,处理几何奇异性的三维匹配界面和边界(MIB)方法,J.Compute。物理。,227, 602-632, (2007) ·Zbl 1128.65103号 ·doi:10.1016/j.jcp.2007.08.003
[85] 于,S;周,Y;Wei,GW,带锐边界面椭圆问题的匹配界面和边界(MIB)方法,J.Compute。物理。,224, 729-756, (2007) ·Zbl 1120.65333号 ·doi:10.1016/j.jcp.2006.10.030
[86] 周,Y;赵,S;费格,M;Wei,GW,具有间断系数和奇异源的椭圆方程的高阶匹配界面和边界方法,J.Compute。物理。,213, 1-30, (2006) ·Zbl 1089.65117号 ·doi:10.1016/j.jcp.2005.07.022
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。