We analyze the wave equation in mixed form, with periodic and/or Dirichlet homogeneous boundary conditions, and nonconstant coefficients that depend on the spatial variable. For the discretization, the weak form of the second equation is replaced by a strong form, written in terms of a projection operator. The system of equations is discretized with B-splines forming a De Rham complex along with suitable commutative projectors for the approximation of the second equation. The discrete scheme is energy conservative when discretized in time with a conservative method such as Crank-Nicolson. We propose a convergence analysis of the method to study the dependence with respect to the mesh size $h$, with focus on the consistency error. Numerical results show optimal convergence of the error in energy norm, and a relative error in energy conservation for long-time simulations of the order of machine precision.


翻译:我们分析了混合形式的波动方程,包含周期性边界条件和/或齐次狄利克雷边界条件,以及依赖于空间变量的非常系数。在离散化过程中,第二个方程的弱形式被替换为以投影算子表示的强形式。该系统使用形成De Rham复形的B样条,并结合适用于第二方程逼近的交换投影子进行离散。当采用Crank-Nicolson等守恒方法进行时间离散时,该离散格式具有能量守恒性质。我们提出了该方法的收敛性分析,重点研究依赖于网格尺寸$h$的一致误差。数值结果表明,能量范数下的误差达到最优收敛阶,且长时间模拟中能量守恒的相对误差达到机器精度量级。

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