我们提出了一种利用人工界面条件求解椭圆边值问题的浸入式混合差分方法。人工界面条件是通过像Nitsche技巧中那样将给定的边界条件弱地加上惩罚参数来导出的,并且它保持椭圆度。然后,导出的界面问题可以通过混合差分方法以及适当的虚-实转换来解决。因此,边值问题可以在固定网格上求解,而与边界的几何形状无关。对几种类型的边界界面进行了数值试验,证明了该方法的有效性。
引用:Youngmok Jeon、Dongwook Shin。人工界面条件下椭圆边值问题的浸没混合差分方法[J]。电子研究档案,2021,29(5):3361-3382。doi:10.3934/era.2021043
摘要
我们提出了一种利用人工界面条件求解椭圆边值问题的浸入式混合差分方法。人工界面条件是通过使用Nitsche技巧中的惩罚参数弱施加给定的边界条件来导出的,它保持了椭圆性。然后,导出的界面问题可以通过混合差分方法以及适当的虚-实转换来解决。因此,边值问题可以在固定网格上求解,而与边界的几何形状无关。对几种类型的边界界面进行了数值试验,证明了该方法的有效性。
工具书类
[1] |
关于二阶椭圆问题混合方法作为非协调方法的实现。数学。公司。(1995) 64: 943-972.
|
[2] |
椭圆问题间断Galerkin方法的统一分析。SIAM J.数字。分析。(2002) 39: 1749-1779.
|
[3] |
二维欧拉方程的高精度间断有限元解。J.计算。物理学。(1997) 138: 251-285.
|
[4] |
D.布雷斯,有限元、理论、快速求解器及在固体力学中的应用,2$^{nd}$剑桥大学出版社,2001年版。 |
[5] |
光滑区域板弯曲问题的等参$C^0$内部惩罚方法。卡尔科洛(2013) 50: 35-67.
|
[6] |
二阶椭圆问题的两类混合有限元。数字。数学。(1985) 47: 217-235.
|
[7] |
一阶双曲问题的间断Galerkin方法。数学。模型方法应用。科学。(2004) 14: 1893-1903.
|
[8] |
二次浸没有限元空间及其逼近能力。高级计算。数学。(2006) 24: 81-112.
|
[9] |
桥接杂交高阶和杂交间断Galerkin方法。ESAIM数学。模型。数字。分析。(2016) 50: 635-650.
|
[10] |
Friedrichs系统的间断Galerkin方法。一、一般理论。SIAM J.数字。分析。(2006) 44: 753-778.
|
[11] |
多材料流动界面的非振荡欧拉方法(鬼流体方法)。J.计算。物理学。(1999) 152: 457-492.
|
[12] |
爆燃和爆轰不连续性的鬼流体方法。J.计算。物理学。(1999) 154: 393-427.
|
[13] |
复域上函数的单位扩张的划分。J.计算。物理学。(2018) 375: 57-79.
|
[14] |
Y.Jeon,椭圆界面方程的浸入式混合差分方法,preprint.doi:10.13140/RG.2.2.27746.58566
|
[15] |
偏微分方程的混合差分方法。科学杂志。计算。(2015)64:508-521。
|
[16] |
具有离散径向吸收边界条件的外区域椭圆方程的混合谱差分方法。科学杂志。计算。(2018) 75: 889-905.
|
[17] |
椭圆方程的混合谱差分方法。计算。方法应用。数学。(2017) 17: 253-267.
|
[18] |
Y.Jeon和D.Sheen,稳态Navier–Stokes方程的迎风混合谱差分方法,in《当代计算数学——庆祝伊恩·斯隆80岁生日》,施普林格国际出版公司(编辑:J.Dick、F.Y.Kuo和H.Woźniakowski), (2018), 621–644. |
[19] |
曲面几何中实体壁边界条件的高精度实现。J.计算。物理学。(2006) 211: 492-512.
|
[20] |
具有光谱分辨率的紧致有限差分格式。J.计算。物理学。(1992) 103: 16-42.
|
[21] |
具有间断系数和奇异源的椭圆方程的浸入界面法。SIAM J.数字。分析。(1994) 31: 1019-1044.
|
[22] |
弹性边界或表面张力Stokes流的浸没界面方法。SIAM J.科学。计算。(1997) 18: 709-735.
|
[23] |
具有分段常系数和界面跳跃的泊松问题的高阶解。J.计算。物理学。(2017) 335: 497-515.
|
[24] |
不规则区域上泊松方程和双调和方程的快速求解。SIAM J.数字。分析。(1984) 21: 285-299.
|
[25] |
拉普拉斯方程在不规则区域上的快速高精度解。SIAM J.科学。统计师。计算。(1985) 6: 144-157.
|
[26] |
(2000)强椭圆系统和边界积分方程。剑桥大学出版社。 |
[27] |
浸没边界法。Acta Numer公司。(2002) 11: 479-517.
|
[28] |
不可压缩Navier–Stokes方程的sharp-interface主动惩罚方法。科学杂志。计算。(2015)62:53-77。
|
[29] |
浸没边界光滑延拓:一种使用傅里叶谱方法求解任意光滑区域上PDE的高阶方法。J.计算。物理学。(2016) 304: 252-274.
|
[30] |
二维泊松方程的六阶紧致格式结合多重网格方法和外推技术。J.计算。物理学。(2009) 228: 137-146.
|
[31] |
显式跳跃浸入界面法:具有分段光滑解的偏微分方程的有限差分方法。SIAM J.数字。分析。(2000) 37: 827-862.
|
[32] |
Y.Xie和W.Ying,三维隐式定义曲面的四阶无核边界积分方法,J.计算。物理学。,415(2020),109526,29 pp.doi:2016年10月10日/j.jcp.2020.109526
|
[33] |
椭圆边值问题的无核边界积分方法。J.计算。物理学。(2007)227:1046-1074。
|
[34] |
隐式定义曲面的无核边界积分方法。J.计算。物理学。(2013) 252: 606-624.
|