对流扩散问题非协调有限元方法后验误差估计

发布时间:2018-05-14 22:38

  本文选题:后验误差估计 + 健壮性 ; 参考:《郑州大学》2017年博士论文


【摘要】:本文主要研究对流扩散问题非协调有限元逼近的残量型后验误差估计.针对一系列的稳定化有限元方法,我们在统一的框架下推导了半健壮的和健壮的后验误差估计,并将此理论结果推广到四边形单元情形.对于半健壮的后验误差估计,我们采用通常的能量范数来度量误差.在一个抽象的理论框架下,我们得到了对流扩散问题有限元逼近误差的一般分解式.在这个误差分解式中,误差被分解为三部分:残量误差项,相容误差项以及非协调误差项.事实上,对于各种协调和非协调离散格式,这三种类型的误差项是固定的,其中只有相容误差项的估计依赖于具体的离散格式,而其它项可以用统一的方式来估计.特别地,对于协调逼近,非协调误差项自动消失.我们在通常的能量范数意义下证明了残量型估计子的可靠性和有效性,但在误差下界中出现的常数因子与扩散系数和单元尺寸相关.只有当单元尺寸与扩散系数相比足够小时,该因子是有界的,因此所推导的误差估计子在通常的能量范数意义下是半健壮的.对于健壮的后验误差估计,我们需要引入一个合适的范数来度量误差.为此,我们在原始能量范数的基础上引入了对流项对应的离散对偶半范数以及非协调有限元解在网格单元边(或面)上的加权跳跃,其中权重与单元尺寸相关.与半健壮后验估计类似,我们在改进的能量范数意义下给出了误差的一般分解式,从而将误差分解为残量误差项,相容误差项以及非协调误差项三部分.我们在改进的能量范数意义下证明了残量型估计子的可靠性和有效性,并且误差上下界中出现的常数因子与扩散系数和单元尺寸都无关,因此所推导的误差估计子在改进的能量范数意义下是健壮的.以上所有的工作首先是针对单纯形网格展开的.所得到的后验误差估计理论既适用于多种协调的稳定化方法,包括流线-扩散方法,连续内部惩罚方法,子网格粘度方法等,也适用于多种非协调的稳定化方法,包括非协调流线-扩散方法,非协调面惩罚和内部惩罚方法,非协调子网格粘度方法等.然后我们将上述结果推广到四边形单元情形,并建立了统一的理论框架.在特定的条件下,这一理论框架可以得到残量型误差估计子在通常能量范数意义下的半健壮性,以及改进能量范数意义下的健壮性,能够同时适用于非协调三角形单元和四边形单元,例如Crouzeix-Raviart元,非协调旋转Q1元以及带约束的旋转Q1元等.基于不同范数意义下的误差分解,后验误差估计的关键是存在一个具有一些基本性质的有界线性算子以及在不同离散格式下相容误差项的估计.最后,数值实验表明了残量型误差估计子的可靠性,有效性以及健壮性.
[Abstract]:In this paper, a remanent posteriori error estimation of nonconforming finite element approximation for convection-diffusion problems is studied. For a series of stable finite element methods, we derive semi-robust and robust posteriori error estimates under the unified framework, and extend the theoretical results to quadrilateral element cases. For semi-robust posteriori error estimation, we use the usual energy norm to measure the error. In an abstract theoretical framework, we obtain a general decomposition formula of the finite element approximation error for convection-diffusion problems. In the error decomposition formula, the error is decomposed into three parts: residual error term, consistent error term and non-conforming error term. In fact, for all kinds of concordant and non-conforming discrete schemes, these three types of error terms are fixed, in which only the estimation of compatible error terms depends on the specific discrete scheme, while the other terms can be estimated in a uniform manner. In particular, for concordant approximation, the non-conforming error term automatically disappears. We prove the reliability and validity of the residual estimator in the sense of ordinary energy norm, but the constant factor in the error lower bound is related to the diffusion coefficient and the size of the element. This factor is bounded only if the element size is small enough compared with the diffusion coefficient, so the error estimator derived is semi-robust in the sense of the usual energy norm. For robust posteriori error estimation, we need to introduce an appropriate norm to measure the error. Based on the original energy norm, we introduce the discrete dual semi-norm corresponding to the convection term and the weighted jump of the non-conforming finite element solution on the edge (or surface) of the grid element, in which the weight is dependent on the size of the element. Similar to the semi-robust posteriori estimation, we give a general decomposition of the error in the sense of the improved energy norm, and then decompose the error into three parts: the residual error, the compatible error and the non-conforming error. In the sense of the improved energy norm, we prove the reliability and validity of the residual estimator, and the constant factor in the upper and lower bounds of the error is independent of both the diffusion coefficient and the unit size. Therefore, the error estimator derived is robust in the sense of improved energy norm. All the above work is based on simplex mesh. The theory of posteriori error estimation is applicable to many kinds of coordinated stabilization methods, including streamline diffusion method, continuous internal penalty method, subgrid viscosity method, etc. It includes non-conforming streamline diffusion method, non-conforming surface penalty method and internal penalty method, non-conforming sub-grid viscosity method and so on. Then we extend the above results to the quadrilateral element case and establish a unified theoretical framework. Under certain conditions, we can obtain the semi-robustness of the residual error estimator in the sense of ordinary energy norm, and improve the robustness in the sense of energy norm. It can be applied to both non-conforming triangular element and quadrilateral element, such as Crouzeix-Raviart element, non-conforming rotation Q1 element and constrained rotated Q1 element, etc. Based on the error decomposition in the sense of different norms, the key of posteriori error estimation is the existence of a bounded linear operator with some basic properties and the estimation of compatible error terms in different discrete schemes. Finally, numerical experiments show the reliability, validity and robustness of the residual error estimator.
【学位授予单位】:郑州大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2017
【分类号】:O241.82

【相似文献】

相关期刊论文 前10条

1 徐桂芳;快速弦位叠代法的收敛性及其误差估计[J];西安交通大学学报;1960年01期

2 田天海;王能超;;直接误差估计的一个新方法[J];应用数学;1989年03期

3 周本宽,魏红宁;一种新型自适应误差估计方法[J];西南交通大学学报;1997年05期

4 明清河;积分与积分和之间的误差探讨[J];洛阳大学学报;1999年04期

5 明清河;;积分与积分和之间的误差探讨[J];洛阳大学学报;1999年04期

6 王建华,杨磊,沈为平;有限元后验误差估计方法的研究进展[J];力学进展;2000年02期

7 金朝嵩;自适应边界元法的后验误差估计[J];重庆建筑大学学报;2000年06期

8 王仙洲;多次测量的误差估计[J];青岛教育学院学报;2002年03期

9 温学兵;圆的多边形迫近法的稳定性分析和误差估计[J];锦州师范学院学报(自然科学版);2003年01期

10 王慧,毛一波;多小波分解系数误差估计[J];渝西学院学报(自然科学版);2004年02期

相关会议论文 前10条

1 费文平;刘家平;高明忠;;有限单元法的误差估计方法与自适应策略[A];第八次全国岩石力学与工程学术大会论文集[C];2004年

2 林治家;由小川;庄茁;;频域有限元计算的扩展面向目标误差估计[A];北京力学会第18届学术年会论文集[C];2012年

3 林治家;庄茁;;有限元计算的面向目标误差估计[A];北京力学会第十六届学术年会论文集[C];2010年

4 林治家;由小川;庄茁;;有限元计算的面向目标误差估计[A];中国计算力学大会'2010(CCCM2010)暨第八届南方计算力学学术会议(SCCM8)论文集[C];2010年

5 王浩;吴颂平;;基于单元不同方向尺度的有限元误差估计及其应用[A];计算流体力学研究进展——第十一届全国计算流体力学会议论文集[C];2002年

6 江涛;章青;;自然单元法的自适应研究[A];中国计算力学大会'2010(CCCM2010)暨第八届南方计算力学学术会议(SCCM8)论文集[C];2010年

7 庄茁;林治家;;基于连续体壳扩展有限元的面向目标误差估计[A];中国力学大会——2013论文摘要集[C];2013年

8 帅映勇;;后处理技巧在无网格法后验误差估计中的应用[A];庆祝中国力学学会成立50周年暨中国力学学会学术大会’2007论文摘要集(下)[C];2007年

9 程军;由敬舜;蔡文豪;;有限元分析的误差估计及HP加密[A];第六届全国结构工程学术会议论文集(第一卷)[C];1997年

10 康彤;余德浩;;基于C-N格式的FD-SD法的后验误差估计[A];计算力学研究与进展——中国力学学会青年工作委员会第三届学术年会论文集[C];1999年

相关博士学位论文 前10条

1 张伟伟;基于节点的局部网格生成算法及其应用研究[D];西北工业大学;2015年

2 程瑶;局部间断Galerkin方法的误差估计[D];南京大学;2016年

3 赵纪坤;各向异性局部重构型后验误差估计及自适应计算[D];郑州大学;2016年

4 张蓓;对流扩散问题非协调有限元方法后验误差估计[D];郑州大学;2017年

5 王金磊;倒向随机微分方程的数值方法及其误差估计[D];山东大学;2009年

6 李洋;正倒向随机微分方程的高精度数值方法及误差估计[D];山东大学;2012年

7 程荣军;无网格方法的误差估计和收敛性研究[D];上海大学;2007年

8 葛亮;积分型受限最优控制问题有限元的后验误差估计[D];山东大学;2009年

9 王聚丰;插值型移动最小二乘法及其无网格方法的误差估计[D];上海大学;2013年

10 易年余;基于梯度重构的后验误差估计及自适应有限元方法[D];湘潭大学;2011年

相关硕士学位论文 前10条

1 张博;多边界特征的二阶特征抑制误差估计[D];浙江大学;2015年

2 周伟奇;用PML和少模态DtN边界条件截断的衍射光栅问题及其有限元离散的后验误差估计[D];南京大学;2015年

3 陈无及;基于STSA-FEM方法计算颗粒随机分布复合材料期望温度场的误差估计[D];长沙理工大学;2014年

4 许锦程;局部间断Galerkin方法关于非光滑初值的误差估计[D];南京大学;2016年

5 孔继荣;一种新的有限元逼近非线性麦克斯韦方程方法及误差估计技术[D];郑州大学;2016年

6 王丽修;超材料电磁场研究的新模式与方法[D];郑州大学;2016年

7 谢珊珊;非线性对流扩散方程LDG方法的误差估计[D];哈尔滨工业大学;2016年

8 刘小萌;两类发展方程的改进弱Galerkin有限元数值模拟[D];山东师范大学;2016年

9 陈夏明;一类边界控制问题的先验误差估计和后验误差估计[D];华东师范大学;2009年

10 陈瑞山;一类边界控制问题的先验误差估计和后验误差估计[D];华东师范大学;2010年



本文编号:1889808

资料下载
论文发表

本文链接:https://www.wllwen.com/shoufeilunwen/jckxbs/1889808.html


Copyright(c)文论论文网All Rights Reserved | 网站地图 |

版权申明:资料由用户cae93***提供,本站仅收录摘要或目录,作者需要删除请E-mail邮箱bigeng88@qq.com