Solving two and three dimensional Interface Problems using Non-body-fitted Grids

使用非贴身网格解决二维和三维界面问题

基本信息

  • 批准号:
    1317994
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 12万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    美国
  • 项目类别:
    Standard Grant
  • 财政年份:
    2013
  • 资助国家:
    美国
  • 起止时间:
    2013-08-01 至 2016-07-31
  • 项目状态:
    已结题

项目摘要

A typical elliptic interface problem is cast as piecewise defined elliptic partial differential equations (PDE) in different regions which are coupled with interface conditions, such as jumps in the solution and in the flux across the interface. In many situations, such as when the interface is moving, the challenge is how to solve such a problem accurately, robustly and efficiently without generating a body fitted mesh. The key issue is how to capture the complex geometry of the interface and the jump conditions across the interface effectively on a fixed mesh while the interface is not aligned with the mesh and the PDE is not valid across the interface. The PI proposes a non-traditional finite element method to solve the elliptic and elasticity interface problems. The following are the proposed projects: 1. solving 3D elliptic interface problems; 2. solving 3D elasticity interface problems; 3. solving 3D multi-domain interface problems; 4. solving 2D multi-domain elasticity interface problems; 5. solving moving interface problems; 6. interdisciplinary applications. Interface problems have applications in electromagnetics, material science, fluid dynamics and other areas. For example, the interface could be the molecular surface of a protein, the water-oil interface, or similar. Therefore, by improving numerical techniques used to model interfaces, the proposed research will have substantial impact on interdisciplinary applications. Further, although the research requires advanced techniques, the concept of an interface exists in everyday life, which means that student interest can be stimulated in applied mathematics seminars.
将一个典型的椭圆界面问题转化为不同区域的分段定义的椭圆偏微分方程(PDE),这些偏微分方程与界面条件(如解的跳跃和界面通量的跳跃)相耦合。在许多情况下,例如当界面移动时,挑战是如何在不生成体拟合网格的情况下准确,稳健和高效地解决这一问题。关键问题是如何在固定网格上有效地捕获界面的复杂几何形状和跨越界面的跳跃条件,而界面与网格不对齐,PDE在界面上无效。PI提出了一种非传统的有限元方法来求解椭圆和弹性界面问题。建议项目如下:求解三维椭圆界面问题;2. 解决三维弹性界面问题;3. 解决三维多域界面问题;4. 求解二维多域弹性界面问题;5. 解决移动界面问题;6. 跨学科的应用程序。界面问题在电磁学、材料科学、流体力学等领域都有应用。例如,界面可以是蛋白质的分子表面、水-油界面或类似的界面。因此,通过改进用于界面建模的数值技术,所提出的研究将对跨学科应用产生重大影响。此外,虽然研究需要先进的技术,但界面的概念存在于日常生活中,这意味着可以在应用数学研讨会上激发学生的兴趣。

项目成果

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