三角形/四面体杂交间断谱元法及其预处理子研究

批准号:
11771137
项目类别:
面上项目
资助金额:
48.0 万元
负责人:
汪波
依托单位:
学科分类:
A0501.算法基础理论与构造方法
结题年份:
2021
批准年份:
2017
项目状态:
已结题
项目参与者:
谢资清、张作政、王疆兴、董海霞、张瑞、周丙臻、柯飞燕、唐春梅
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中文摘要
本项目拟在DG框架下提出一种三角形/四面体杂交间断谱元法,并对其开展理论和应用研究。该方法利用四边形到三角形和方块到四面体的变换分别构造三角形和四面体上的谱元基函数。然后借用DG方法处理网格悬点的技术,解决由变换导致的谱元格点在相邻单元公共边或面上可能不匹配的问题。由于离散格式是建立在一阶组上,因此变换雅可比矩阵的奇异性不会给计算离散矩阵带来任何问题。理论分析方面,本项目将研究四面体谱元的L2投影和插值的最优误差估计,并讨论三角形/四面体杂交间断谱元法求解椭圆问题的误差估计。为了在使用高次元时保证计算效率,本项目还将基于求解可分问题的矩阵对角化方法和谱元法的additive Schwarz预处理技术,开展针对三角形/四面体杂交间断谱元离散的预处理子研究。对所设计的预处理子进行严格的理论分析,并用大量数值实验验证所得理论结果。
英文摘要
This program proposes a triangular/tetrahedral hybridizable discontinuous spectral element (THDSE) method and then investigates the theory and application of this high order method. The spectral element basis functions on triangle and tetrahedron are constructed by using mappings from rectangle to triangle and cube to tetrahedron, respectively. The possible inconsistency of the spectral element nodes on the shared edge or face of two adjacent elements induced by the mappings is solved by the DG technique for hanging nodes. The investigated discretization scheme is based on first order system. Thus the singularity of the mapping's Jacobian matrix will not make any problem in the computation of discretization matrices. Optimal error estimate for the L2-projection and interpolation on tetrahedral element is analyzed. Then, L2-error estimates for both 2D and 3D THDSE method for elliptic problems follow. In order to ensure the efficiency, this program also investigates pre-conditioners for both local linear systems and the global linear system using the matrix diagonalization method for separable problems and the methodology of additive Schwarz pre-conditioner for spectral element method. The proposed pre-conditioners shall be studied both theoretically and numerically.
本项目在DG框架下提出了一种三角形/四面体杂交间断谱元法,并对其开展理论和应用研究。我们分别应用四边形到三角形和正方体到四面体的变换构造了三角形和四面体上的谱元基函数,然后借用DG方法处理网格悬点的技术,解决了非结构网格上偏微分方程的谱精度数值离散。理论分析方面,本项目首先证明了三角形/四面体谱元空间上的投影和插值误差估计,进而又证明了三角形/四面体杂交间断谱元法求解椭圆问题的误差估计。为了在使用高次元时保证计算效率,本项目利用基函数的张量积特点和预处理技术实现了离散系统的快速迭代求解。..在本项目支持下,项目组进入了一个非常重要的新研究领域,即分层媒质中的快速多极算法,并且在这一领域取得了重大突破。我们提出了一套在傅里叶谱空间中推导多极展开和局部展开的数学方法,从而得到了分层媒质中几类重要偏微分方程(Laplace方程、Poisson-Boltzmann方程、Helmholtz方程、Maxwell方程等)格林函数的多极展开和局部展开公式。应用这些新的展开公式,并引入等效极化源粒子的概念,我们实现了分层媒质中的快速多极算法。新算法在处理分层媒质中问题时达到了与经典快速多极算法处理均匀媒质中问题时几乎接近的效率。未来,它将在芯片设计、雷达仿真、太阳能电池设计、分子生物学等领域有着非常重要的应用前景。
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Fast multipole method for 3-D Helmholtz equation in layered media
层状介质中 3-D 亥姆霍兹方程的快速多极子方法
DOI:10.1137/19m1247711
发表时间:2019
期刊:SIAM Journal on Scientific Computing
影响因子:3.1
作者:Wang Bo;Zhang Wenzhong;Cai Wei
通讯作者:Cai Wei
On time-domain NRBC for Maxwell's equations and its application in accurate simulation of electromagnetic invisibility cloaks
麦克斯韦方程组的时域NRBC及其在电磁隐身衣精确模拟中的应用
DOI:10.1007/s10915-020-01354-2
发表时间:2021
期刊:Journal of Scientific Computing
影响因子:2.5
作者:Wang Bo;Yang Zhiguo;Wang Li-Lian;Jiang Shidong
通讯作者:Jiang Shidong
A New Triangular Spectral Element Method Ⅱ:Mixed Formulation and $hp$-Error Estimates
一种新的三角谱元方法Ⅸ:混合公式和$hp$-误差估计
DOI:10.4208/nmtma.oa-2018-0038
发表时间:2019
期刊:Numerical Mathematics Theory, Methods and Applications
影响因子:--
作者:Zhou Bingzhen;Wang Bo;Wang Lilian;Xie Ziqing
通讯作者:Xie Ziqing
Seamless integration of elliptic Dirichlet-to-Neumann boundary condition and high order spectral element method for scattering problem
椭圆狄利克雷-诺伊曼边界条件与高阶谱元法的无缝集成解决散射问题
DOI:10.1007/s13160-019-00383-1
发表时间:2019
期刊:Japan Journal of Industrial and Applied Mathematics
影响因子:0.9
作者:Zhang Rui;Wang Bo;Xie Ziqing
通讯作者:Xie Ziqing
Fast multipole method for 3-D Poisson-Boltzmann equation in layered electrolyte-dielectric media
层状电解质-介电介质中 3-D Poisson-Boltzmann 方程的快速多极方法
DOI:10.1016/j.jcp.2021.110379
发表时间:2021-08
期刊:Journal of Computational Physics
影响因子:4.1
作者:Wang Bo;Zhang Wenzhong;Cai Wei
通讯作者:Cai Wei
单轴各向异性介质中电磁散射问题快速求解算法
- 批准号:12371394
- 项目类别:面上项目
- 资助金额:43.5万元
- 批准年份:2023
- 负责人:汪波
- 依托单位:
求解界面问题的扩展杂交间断伽略金方法及其在流体界面问题中的应用
- 批准号:11401206
- 项目类别:青年科学基金项目
- 资助金额:22.0万元
- 批准年份:2014
- 负责人:汪波
- 依托单位:
Hybridizable间断谱元方法及其在波散射问题中的应用
- 批准号:11341002
- 项目类别:专项基金项目
- 资助金额:10.0万元
- 批准年份:2013
- 负责人:汪波
- 依托单位:
国内基金
海外基金
