We study cut finite element discretizations of a Darcy interface problem based on the mixed finite element pairs $\textbf{RT}_0\times Q_0$, $\textbf{BDM}_1\times Q_0$, and $\textbf{RT}_1\times Q_1$. Here $Q_k$ is the space of discontinuous polynomial functions of degree k, $\textbf{RT}_{k}$ is the Raviart-Thomas space, and $\textbf{BDM}_k$ is the Brezzi-Douglas-Marini space. We show that the standard ghost penalty stabilization, often added in the weak forms of cut finite element methods for stability and control of the condition number of the resulting linear system matrix, destroys the divergence-free property of the considered element pairs. Therefore, we propose two corrections to the standard stabilization strategy: using macro-elements and new stabilization terms for the pressure. By decomposing the computational mesh into macro-elements and applying ghost penalty terms only on interior edges of macro-elements, stabilization is active only where needed. By modifying the standard stabilization terms for the pressure we recover the optimal approximation of the divergence without losing control of the condition number of the linear system matrix. We derive a priori error estimates for the proposed unfitted finite element discretization based on $\textbf{RT}_k\times Q_k$, $k\geq 0$. Numerical experiments indicate that with the new method we have 1) optimal rates of convergence of the approximate velocity and pressure; 2) well-posed linear systems where the condition number of the system matrix scales as it does for fitted finite element discretizations; 3) optimal rates of convergence of the approximate divergence with pointwise divergence-free approximations of solenoidal velocity fields. All three properties hold independently of how the interface is positioned relative to the computational mesh.


翻译:我们研究了基于混合有限元对$\textbf{RT}_0\times Q_0$、$\textbf{BDM}_1\times Q_0$和$\textbf{RT}_1\times Q_1$的达西界面问题的切割有限元离散化。其中$Q_k$是次数为k的不连续多项式函数空间,$\textbf{RT}_{k}$是Raviart-Thomas空间,$\textbf{BDM}_k$是Brezzi-Douglas-Marini空间。我们表明,在弱形式中常添加的标准鬼罚稳定化(用于切割有限元方法的稳定性并控制所得线性系统矩阵的条件数)会破坏所考虑元素对的无散度性质。因此,我们提出了对标准稳定化策略的两个修正:使用宏单元和针对压力的新稳定项。通过将计算网格分解为宏单元并仅在宏单元的内边上应用鬼罚项,稳定化仅在需要时激活。通过修改压力的标准稳定项,我们恢复了散度的最优逼近,而不会失去对线性系统矩阵条件数的控制。我们推导了基于$\textbf{RT}_k\times Q_k$($k\geq 0$)的所提议非拟合有限元离散化的先验误差估计。数值实验表明,使用新方法我们能够获得:1)近似速度和压力的最优收敛阶;2)适定线性系统,其中系统矩阵的条件数尺度与拟合有限元离散化相同;3)近似散度的最优收敛阶,以及对无散速度场的逐点散度自由逼近。这三个性质均独立于界面相对于计算网格的位置。

0
下载
关闭预览

相关内容

【ACL2020】多模态信息抽取,365页ppt
专知会员服务
151+阅读 · 2020年7月6日
FlowQA: Grasping Flow in History for Conversational Machine Comprehension
专知会员服务
34+阅读 · 2019年10月18日
Keras François Chollet 《Deep Learning with Python 》, 386页pdf
专知会员服务
164+阅读 · 2019年10月12日
【SIGGRAPH2019】TensorFlow 2.0深度学习计算机图形学应用
专知会员服务
41+阅读 · 2019年10月9日
RL解决'BipedalWalkerHardcore-v2' (SOTA)
CreateAMind
31+阅读 · 2019年7月17日
强化学习的Unsupervised Meta-Learning
CreateAMind
18+阅读 · 2019年1月7日
Unsupervised Learning via Meta-Learning
CreateAMind
44+阅读 · 2019年1月3日
A Technical Overview of AI & ML in 2018 & Trends for 2019
待字闺中
18+阅读 · 2018年12月24日
disentangled-representation-papers
CreateAMind
26+阅读 · 2018年9月12日
STRCF for Visual Object Tracking
统计学习与视觉计算组
15+阅读 · 2018年5月29日
Focal Loss for Dense Object Detection
统计学习与视觉计算组
12+阅读 · 2018年3月15日
IJCAI | Cascade Dynamics Modeling with Attention-based RNN
KingsGarden
13+阅读 · 2017年7月16日
From Softmax to Sparsemax-ICML16(1)
KingsGarden
74+阅读 · 2016年11月26日
国家自然科学基金
2+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
2+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
3+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2014年12月31日
Arxiv
0+阅读 · 2023年8月21日
VIP会员
最新内容
ICML 2026 | SARDI:扩散语言模型的自增强检索
专知会员服务
4+阅读 · 6月6日
《国防领域安全采用大语言模型的战略蓝图》
专知会员服务
7+阅读 · 6月6日
ICML 2026 | 演化选择的因果建模
专知会员服务
7+阅读 · 6月5日
综述|学习式3D表征最新进展与趋势
专知会员服务
7+阅读 · 6月5日
人工智能重塑威慑:算法优势的兴起
专知会员服务
8+阅读 · 6月5日
AgentOps综述:智能体系统运维框架
专知会员服务
17+阅读 · 6月4日
《美陆军最新条令:兵力防护》
专知会员服务
14+阅读 · 6月4日
相关VIP内容
【ACL2020】多模态信息抽取,365页ppt
专知会员服务
151+阅读 · 2020年7月6日
FlowQA: Grasping Flow in History for Conversational Machine Comprehension
专知会员服务
34+阅读 · 2019年10月18日
Keras François Chollet 《Deep Learning with Python 》, 386页pdf
专知会员服务
164+阅读 · 2019年10月12日
【SIGGRAPH2019】TensorFlow 2.0深度学习计算机图形学应用
专知会员服务
41+阅读 · 2019年10月9日
相关资讯
RL解决'BipedalWalkerHardcore-v2' (SOTA)
CreateAMind
31+阅读 · 2019年7月17日
强化学习的Unsupervised Meta-Learning
CreateAMind
18+阅读 · 2019年1月7日
Unsupervised Learning via Meta-Learning
CreateAMind
44+阅读 · 2019年1月3日
A Technical Overview of AI & ML in 2018 & Trends for 2019
待字闺中
18+阅读 · 2018年12月24日
disentangled-representation-papers
CreateAMind
26+阅读 · 2018年9月12日
STRCF for Visual Object Tracking
统计学习与视觉计算组
15+阅读 · 2018年5月29日
Focal Loss for Dense Object Detection
统计学习与视觉计算组
12+阅读 · 2018年3月15日
IJCAI | Cascade Dynamics Modeling with Attention-based RNN
KingsGarden
13+阅读 · 2017年7月16日
From Softmax to Sparsemax-ICML16(1)
KingsGarden
74+阅读 · 2016年11月26日
相关基金
国家自然科学基金
2+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
2+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
3+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2014年12月31日
Top
微信扫码咨询专知VIP会员