Higher order Unfitted Finite Element Methods for moving domain problems
移动域问题的高阶不拟合有限元方法
基本信息
- 批准号:319609890
- 负责人:
- 金额:--
- 依托单位:
- 依托单位国家:德国
- 项目类别:Research Grants
- 财政年份:2016
- 资助国家:德国
- 起止时间:2015-12-31 至 2020-12-31
- 项目状态:已结题
- 来源:
- 关键词:
项目摘要
In physics, biology, chemistry and engineering many applications of simulation science involve complex and evolving geometrical shapes. In many important problems these geometrical shapes exhibit topology changes or strong deformation which makes the numerical treatment very challenging. The highly accurate and efficient numerical solution of PDEs on these evolving domains is a challenging task. In the past decade research on this topic has been started. Especially methods using a geometry description which is separated from the computational mesh and in turn provide a more flexible handling of the geometry compared to traditional conforming mesh descriptions have become very popular in recent years. Although big progress has been made, there are important problems which require further research. Especially numerical methods which are flexible with respect to the geometrical configuration, robust and high order accurate at the same time are missing. The goal of this project is to fill this gap. Within this project finite element methods which are suitable for an integration with a separated geometry description and have provable higher order error bounds will be developed and analysed. This entails several issues. First, a higher order representation of the geometry is necessary. For that most often an implicit description with an indicator function is used. While the geometry description typically works well, the practical usability of the description poses a problem. For suitable finite element formulations integrals on cells which are cut are required. Due to the fact that these domains are only described implicitly, an accurate numerical integration is difficult. While for a second order accuracy robust and established methods exist, the extension to higher order accuracy requires new approaches in the discretization. Another important problem consists of the handling of the geometry evolution. With an implicit geometry description the evolution of the geometry can be handled without adapting the computational mesh, but new challenges arise with respect to the time discretization for problems on evolving domains. Within this project discretization methods will be developed which solve these problems. An important part of the related research consists of a rigorous error analysis which provides optimal order error bounds for the discretization methods. The methods considered in the project shall be implemented and investigated numerically based on the open source C++ software toolbox DUNE.
在物理、生物、化学和工程中,模拟科学的许多应用涉及复杂和不断发展的几何形状。在许多重要问题中,这些几何形状表现出拓扑变化或强烈变形,这使得数值处理非常具有挑战性。在这些不断变化的区域上高精度、高效地求解偏微分方程是一项具有挑战性的任务。在过去的十年中,关于这一主题的研究已经开始。特别是使用与计算网格分离的几何描述的方法,与传统的一致性网格描述相比,它提供了更灵活的几何处理,近年来非常流行。虽然取得了很大的进展,但仍有一些重要的问题需要进一步研究。特别是缺乏在几何结构上具有灵活性、鲁棒性和高阶精度的数值方法。这个项目的目标就是填补这一空白。在这个项目中,将开发和分析适用于与分离几何描述的集成并具有可证明的高阶误差界限的有限元方法。这涉及到几个问题。首先,几何图形的高阶表示是必要的。为此,通常使用带有指示函数的隐式描述。虽然几何描述通常工作得很好,但描述的实际可用性提出了一个问题。对于合适的有限元公式,需要对被切割的单元进行积分。由于这些区域只是隐式描述的,因此很难进行精确的数值积分。虽然对于二阶精度有鲁棒性和已建立的方法,但向高阶精度的扩展需要新的离散化方法。另一个重要的问题是几何演化的处理。隐式几何描述可以在不调整计算网格的情况下处理几何的演化,但在演化域问题的时间离散化方面提出了新的挑战。在这个项目中,将开发离散化方法来解决这些问题。相关研究的一个重要部分是严格的误差分析,为离散化方法提供最优阶误差界。项目中考虑的方法将基于开源c++软件工具箱DUNE进行数值实现和研究。
项目成果
期刊论文数量(7)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(0)
L2-error analysis of an isoparametric unfitted finite element method for elliptic interface problems
椭圆界面问题等参数不拟合有限元法的 L2 误差分析
- DOI:10.1515/jnma-2017-0109
- 发表时间:2018
- 期刊:
- 影响因子:3
- 作者:Christoph Lehrenfeld;Arnold Reusken
- 通讯作者:Arnold Reusken
An unfitted Eulerian finite element method for the time-dependent Stokes problem on moving domains
- DOI:10.1093/imanum/drab044
- 发表时间:2020-02
- 期刊:
- 影响因子:0
- 作者:Henry von Wahl;T. Richter;C. Lehrenfeld
- 通讯作者:Henry von Wahl;T. Richter;C. Lehrenfeld
ngsxfem: Add-on to NGSolve for geometrically unfitted finite element discretizations
ngsxfem:NGSolve 的附加组件,用于几何不拟合的有限元离散化
- DOI:10.21105/joss.03237
- 发表时间:2021
- 期刊:
- 影响因子:0
- 作者:Christoph Lehrenfeld;Fabian Heimann;Janosch Preuß;Henry von Wahl
- 通讯作者:Henry von Wahl
An Eulerian finite element method for PDEs in time-dependent domains
- DOI:10.1051/m2an/2018068
- 发表时间:2018-03
- 期刊:
- 影响因子:0
- 作者:C. Lehrenfeld;M. Olshanskii
- 通讯作者:C. Lehrenfeld;M. Olshanskii
A Higher Order Isoparametric Fictitious Domain Method for Level Set Domains
- DOI:10.1007/978-3-319-71431-8_3
- 发表时间:2016-12
- 期刊:
- 影响因子:0
- 作者:C. Lehrenfeld
- 通讯作者:C. Lehrenfeld
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Professor Dr. Christoph Lehrenfeld其他文献
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