在磁盘和 Annuli 上的一种稀疏的等级hp-有限元素方法
Ioannis P A Papadopoulos1, Sheehan Olver2
1Weierstrass Institute for Applied Analysis and Stochastics, Berlin, Germany.
一种新的稀疏等级hp-有限元素方法 (hp-FEM) 在磁盘和圆环领域有效地解决了赫尔姆霍尔茨方程. 这种方法处理复杂的系数和不连续性,使得计算速度更快.
科学领域:
- 计算数学 计算数学 计算数学
- 数字分析 数字分析
- 部分微分方程 部分微分方程
背景情况:
- 赫尔姆霍尔茨方程在波传播问题中至关重要.
- 解决具有可变系数和复杂几何的赫尔姆霍尔茨方程在计算上要求很高.
- 现有的方法往往会与不连续性和异构性质作斗争.
研究的目的:
- 为赫尔姆霍尔茨方程开发一种高效,强大的数值方法.
- 处理可变系数,半径不连续性和异构性质.
- 为了实现最佳的复杂性分解和准最佳的解决方案.
主要方法:
- 在磁盘/圆环领域的稀疏等级hp-有限元素方法 (hp-FEM).
- 对于旋转不变运算符的里埃模式解的保存.
- 块对角质量和刚度矩阵与最佳的复杂性因子化.
- 辐射不连续性和异型系数的处理.
主要成果:
- hp-FEM产生了稀疏矩阵,其模式独立于离散序列.
- 该方法有效地处理源数和系数中的辐射不连续性.
- 由多项式近似的旋转异型系数也会导致稀疏系统.
- 通过交替方向隐含 (ADI) 算法实现了准最佳解决方案.
结论:
- 开发的稀疏hp-FEM为赫尔姆霍尔茨方程提供了一个有效的解决方案.
- 该方法在处理具有挑战性的系数变化和不连续性方面表现出稳健性.
- 这种方法可以扩展到3D领域和相关方程,如施罗丁格方程.
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