求解二阶椭圆界面问题的二次浸入型有限元方法
[Abstract]:In this paper, a quadratic immersion finite element method is proposed, which is used to solve the second order elliptical interface problem in two dimensional space. The standard finite element method can solve the problem of uniform material, such as differential equation in continuum mechanics, Maxwell equation in electromagnetic field and so on. For non-uniform material problems, such as electromagnet problem, space electrification problem in space engineering and so on, the mesh generation of the general finite element method needs to be carried out along the interface curve, but this method needs to spend a lot of computation to carry on the grid generation, so this paper proposes the immersive finite element method. Immersive finite element method is nonconforming element method and its mesh generation is not controlled by interface curve, so fixed grid, such as Cartesian mesh generation, can be selected, thus saving a lot of time and storage. The formation of finite element shape function of general interface problem needs to meet the conditions of degree of freedom and interface jump, but in order to determine the quadratic immersion finite element basis function, it is necessary to add additional constraints. In this paper, two kinds of extended interface conditions are given, and the existence and uniqueness of the basis function are proved. In this paper, two types of extension conditions of linear interface are given, and then the extension conditions of general interface curve are given. Next, the optimal interpolation error of piecewise quadratic finite element space constructed by this method is given, that is, the convergence order is theta (h3) in L2 space and theta (H2) in interrupted H 1 space, and a numerical example is given. However, the finite element interpolation error of piecewise quadratic finite element space constructed by this method can not achieve the optimal error in L2 space and intermittent H 1 space, so the immersive finite element method with local penalty term is proposed, that is, the local penalty method is formed by adding penalty term on the edge of the internal interface, so as to achieve the same convergence order as the interpolation error. For linear or bilinear immersion finite element spaces, the optimal error estimation can be achieved without the need of penalty term.
【学位授予单位】:郑州大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2017
【分类号】:O241.82
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,本文编号:2500758
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