具有网格相关稳定性的单元的有用性

计算科学 稳定 纳维斯托克斯 非结构化网格
2021-11-30 23:26:12

在做了一些与 3D Stokes 问题中元素稳定性相关的数学运算后,我有点震惊地意识到P2P1对于任意四面体网格来说是不稳定的。更准确地说,如果你有一个元素,其中所有节点和四分之三的面都位于具有狄利克雷条件的域边界上,你最终会得到一个奇异矩阵。事实上,从斯托克斯系统的弱形式得出结论是相当微不足道的。

我测试了我可以访问的唯一商业 Stokes 代码 (COMSOL),它允许我创建这样的网格。单击解决后,我按预期得到“错误:奇异矩阵”。(我的印象是 COMSOL 使用P2P1作为其蠕动流模块。)

坏网格。

为了进一步测试该问题与其他配置无关,我尝试了以下网格,一切都按预期工作。

在此处输入图像描述

问题:在(自适应或非自适应)网格生成器中是否考虑了这种约束?我从各种研究论文中看到,这个元素似乎很受欢迎。在选择使用方法时,这些边界不稳定性是否通常被视为微不足道?更重要的是,拥有稳定的有限元究竟意味着什么,即,什么样的网格相关不稳定性太多以至于我们得出结论该方法不好?

1个回答

当三角形的所有顶点都位于边界上时,这个问题也会出现在 2D 中。并且斯托克斯问题不是此类网格可能失败的唯一问题,对于某些 p 值的 p -拉普拉斯问题元素中找到零梯度并失败。pp

网格生成器通常有一个选项来处理这个问题,例如 2D 网格生成器bamgfreefem++一个-splitpbedge选项,可以在任何两端都在边界上的边的中间添加一个节点。根据bamg文档,非结构化网格生成可以返回这样的三角形。