×

求解界面问题的高阶扩展有限元方法。 (英语) Zbl 1442.74243号

摘要:为了解决二维和三维椭圆界面问题,本文研究了基于两个间断Galerkin(DG)格式的任意阶扩展有限元(XFE)方法。严格证明了两种方案在分段(H^1)范数和(L^2)范数下的最优误差估计。特别是,我们设计了一种新的参数友好型DG-XFEM方法,这意味着不需要“足够大”的参数来确保方案的最佳收敛性。为了证明双线性形式的稳定性,我们导出了曲面子元素上被界面分割的高阶多项式的非标准迹不等式和逆不等式。本文改编自同一作者最初在arXiv.com上发表的文章[“求解界面问题的高阶扩展有限元方法”,Preprint,arXiv:1604.06171]. 新成分是生成的线性系统及其分析的最佳多重网格解算器。与本文中的所有其他估计一样,这种多重网格方法根据网格大小一致收敛,并且与界面相对于网格的位置无关。给出了数值例子以支持理论结果。

理学硕士:

74S05号 有限元方法在固体力学问题中的应用
65N30型 偏微分方程边值问题的有限元、Rayleigh-Riz和Galerkin方法
74A50型 结构化表面和界面,共存相

软件:

IIMPACK公司
PDF格式BibTeX公司 XML格式引用

参考文献:

[1] Xu,J.,具有间断系数的二阶椭圆方程有限元解的收敛速度估计,Natur。科学。湘潭大学,1,1-5(1982),(中文)
[2] 徐建华,二阶不连续系数椭圆方程有限元解的收敛速度估计,arXiv:1311.4178。
[3] 陈,Z。;Zou,J.,椭圆和抛物线界面问题的有限元方法及其收敛性,数值。数学。,79, 175-202 (1998) ·Zbl 0909.65085号
[4] Bramble,J.H。;King,J.T.,《光滑边界和界面域中界面问题的有限元方法》,高级计算。数学。,6, 109-138 (1996) ·Zbl 0868.65081号
[5] 李,J。;Melenk,J.M。;沃尔穆思,B。;Zou,J.,椭圆界面问题高阶有限元的最优先验估计,应用。数字。数学。,60,19-37(2010年)·Zbl 1208.65168号
[6] 陈,Z。;Wu,Z。;Xiao,Y.,时变区域抛物方程的任意拉格朗日-欧拉格式的自适应浸入式有限元法,Int.J.Numer。分析。型号。,12, 567-591 (2015) ·Zbl 1499.65346号
[7] Peskin,C.S.,《心脏血流的数值分析》,J.Compute。物理。,25, 220-252 (1977) ·兹比尔0403.76100
[8] LeVeque,R。;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
[9] 李,Z。;Ito,K.,《浸没界面法:涉及界面和不规则域的偏微分方程的数值解》(2006),SIAM:SIAM Philadephia·Zbl 1122.65096号
[10] 刘,X。;Fedkiw,R.P。;Kang,M.,不规则区域上泊松方程的边界条件捕捉方法,J.Compute。物理。,160, 151-178 (2000) ·Zbl 0958.65105号
[11] 朱棣文。;格雷厄姆,I.G。;Hou,T.Y.,高对比度椭圆界面问题的一种新的多尺度有限元方法,数学。公司。,79, 1915-1955 (2010) ·Zbl 1202.65154号
[12] 龚,Y。;李,B。;Li,Z.,非齐次跳跃条件下椭圆界面问题的浸没界面有限元方法,SIAM J.Numer。分析。,46, 472-495 (2008) ·Zbl 1160.65061号
[13] 李,Z。;林,T。;Wu,X.,使用有限元公式求解界面问题的新笛卡尔网格方法,Numer。数学。,96, 61-98 (2003) ·Zbl 1055.65130号
[14] 陈,Z。;Xiao,Y。;张,L.,椭圆和麦克斯韦界面问题的自适应浸没界面有限元法,J.Compute。物理。,228, 5000-5019 (2009) ·Zbl 1172.78008号
[15] Belytschko,T。;Black,T.,最小重网格有限元中的弹性裂纹扩展,国际。J.数字。方法工程,45,601-620(1999)·Zbl 0943.74061号
[16] 莫尔斯,N。;Dolbow,J。;Belytschko,T.,《无网格裂纹扩展的有限元方法》,国际。J.数字。方法工程师,461131-150(1999)·Zbl 0955.74066号
[17] 薯条,T.-P。;Belytschko,T.,《扩展/广义有限元法:方法及其应用概述》,国际。J.数字。方法工程,84,253-304(2010)·Zbl 1202.74169号
[18] Nitsche,J.,Uber ein Variationsprinzip zur Losung von Dirichlet-Problemen bei Verwendung von Teilraumen,die keinen Randbedingen unterworfen sind,Abh.Math。塞明。汉堡大学,36,9-15(1970)·Zbl 0229.65079号
[19] Hansbo,A。;Hansbo,P.,一种基于Nitsche方法的不适合的有限元方法,用于椭圆界面问题,计算。应用方法。机械。工程,191,5537-5552(2002)·Zbl 1035.65125号
[20] Babuška,I.,不连续系数椭圆方程的有限元方法,计算,5207-213(1970)·Zbl 0199.50603号
[21] 巴雷特,J.W。;Elliott,C.M.,光滑界面椭圆方程的拟合和非拟合有限元方法,IMA J.Numer。分析。,7, 283-300 (1987) ·Zbl 0629.65118号
[22] 伯曼,E。;Hansbo,P.,使用切割单元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
[23] Massjung,R.,应用于椭圆界面问题的不合适间断Galerkin方法,SIAM J.Numer。分析。,50, 6, 3134-3162 (2012) ·Zbl 1262.65178号
[24] Wu,H。;Xiao,Y.,椭圆界面问题的一种不合适的界面罚有限元方法,J.Compute。数学。,37、316-339(2019),也可在以下网址下载http://arXiv.org/abs/1007.2893 ·Zbl 1449.65326号
[25] 伯曼,E。;古兹曼,J。;Sanchez,医学硕士。;Sarkis,M.,高对比度界面问题Nitsche方法的鲁棒通量误差估计,IMA J.Numer。分析。,38, 646-668 (2018) ·Zbl 1412.65204号
[26] Wang,F。;Zhang,S.,求解界面问题的最优二次nitsche扩展有限元法,J.Compute。数学。,36, 693-717 (2018) ·Zbl 1424.65226号
[27] Lehrenfeld,C。;Reusken,A.,椭圆界面问题的高阶不适配有限元方法分析,IMA J.Numer。分析。,38, 1351-1387 (2018) ·Zbl 1462.65193号
[28] 黄,P。;Wu,H。;Xiao,Y.,椭圆界面问题的一种不合适的界面罚有限元方法,计算。应用方法。机械。工程,323439-460(2017)·Zbl 1439.74422号
[29] Hansbo,P.,计算力学中界面问题的Nitsche方法,GAMM-Mitt。,47183-206(2005年)·Zbl 1179.65147号
[30] Hansbo,P。;Larson,M.G。;Zahedi,S.,Stokes界面问题的切割有限元方法,应用。数字。数学。,85, 90-114 (2014) ·Zbl 1299.76136号
[31] 约翰逊,A。;Larson,M.G.,带虚拟边界椭圆问题的高阶间断Galerkin nitsche方法,Numer。数学。,123, 607-628 (2013) ·Zbl 1269.65126号
[32] 徐,J。;Zhang,S.,界面问题的最优有限元方法,(Dickopf,T.;etal.,科学与工程领域分解方法二十二,科学与工程学领域分解方法二十三,计算科学与工程讲义,第104卷(2016),Springer:Springer-Cham),77-91·Zbl 1339.65224号
[33] Xu,J.,通过空间分解和子空间校正的迭代方法,SIAM Rev.,34581-613(1992)·Zbl 0788.65037号
[34] 徐,J。;Zikatanov,L.,希尔伯特空间中的交替投影方法和子空间校正方法,J.Amer。数学。《社会学杂志》,第15期,第573-597页(2002年)·Zbl 0999.47015号
[35] Arnold,D.N.,《不连续单元的内罚有限元法》,SIAM J.Numer。分析。,19, 742-760 (1982) ·Zbl 0482.65060号
[36] Wheeler,M.F.,《带内部惩罚的椭圆配置有限元法》,SIAM J.Numer。分析。,15, 152-161 (1978) ·Zbl 0384.65058号
[37] 里维埃尔,B。;惠勒,M.F。;Girault,V.,椭圆问题的内部惩罚、约束和间断Galerkin方法的改进能量估计。一、 计算。地质科学。,3, 337-360 (1999) ·Zbl 0951.65108号
[38] Gruber,P.M.,凸体逼近,凸性及其应用,131-162(1983),Birkhäuser-Basel·Zbl 0519.52005号
[39] O.施瓦茨科普夫。;福斯,美国。;Rote,G.,成对矩形对凸图形的近似,计算。地理。,10, 77-87 (1998) ·Zbl 0896.68144号
[40] 施瓦布,Ch.,《(P)-和(H P)-有限元方法》(1998),牛津大学出版社·Zbl 0910.73003号
[41] Ciarlet,P.G.,《椭圆问题的有限元方法》(1978),北荷兰:北荷兰阿姆斯特丹·Zbl 0383.65058号
[42] 徐,J。;Zikatanov,L.,代数多重网格方法,《数值学报》。,26191-721(2017)·Zbl 1378.65182号
[43] 徐,J。;Zhu,Y.,强不连续系数椭圆问题的一致收敛多重网格方法,数学。模型方法应用。科学。,18, 77-105 (2008) ·Zbl 1151.65097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。