C0 惩罚方法和不连续 Galerkin 方法有什么区别?

计算科学 有限元 不连续-galerkin
2021-11-30 23:14:34

我试图理解 DG FEM 方法,但我迷失在他们的定义中。在一些论文中,我读到“C0 惩罚方法”是 DG 方法的一个例子,但有时它们被分开并作为两种不同的方法处理。有人可以解释它们之间有什么区别吗?

编辑:有一篇论文涉及求解蒙格-安培方程的三种不同的有限元方法:C1 有限元法、C0 罚分法、不连续伽辽金法。在我熟悉了不连续伽辽金方法的基础知识后,我不明白为什么 C0 惩罚方法不是 DG 方法(Monge-Ampere 方程的 C0 惩罚方法是在 2011 年开发的,而 2014 年的这篇论文认为自己作为第一次尝试用 DG 方法求解 Monge-Ampere 方程)。

我只对椭圆 PDE(二阶和四阶)感兴趣,我想澄清与该主题相关的名称背后的含义和差异。如果我做对了,在四阶方程的情况下:

  • 连续伽辽金法:需要C1连续性,在H2空间求解
  • 内罚法:使用C0连续元素,在H1空间求解

这是否意味着在内部惩罚方法中元素不是完全不连续的?因此,我们可以定义一个真正不连续的方法,在 L2 空间中寻找解决方案。

2个回答

DG 方法是一种更一般的描述,指的是以不连续方式表示解的有限元方法(通常通过数值通量在元素之间进行耦合)。

具体数值通量往往在方程类型(双曲线与抛物线/椭圆)和公式(二阶方程与一阶系统)之间有所不同。内部惩罚 DG 方法是原始(二阶)形式的椭圆方程(如扩散或拉普拉斯)通量的一种常见选择。

从数学的角度来看,术语“DG 方法”本身仅指使用分段不连续基的一类方法。这种基础的选择需要引入一些附加参数,以根据需要强制解决方案的连续性要求(惩罚参数)以及控制所得线性系统的数值属性(s-form)

简而言之,对于椭圆和抛物线方程的情况,参数的选择决定了引入问题的通量类型(如 Jesse 所述)。您提到了 C0/IIPG 方法,这是当参数之一被选择为零时得到的。对于椭圆方程,选择适当的sform惩罚参数会产生 SIPG、IIPG、NIPG 方法。因此,所有这些方法都是 DG 方法,但它们的解决方案彼此不同,因为有些方法会表现出更多的数值分散和/或解决方案前沿的拖尾。

如果你能掌握的话,我建议你通读Rivière's Book 的第 1 章。