Crouzeix-Raviart for Stokes 的弹性形式

计算科学 有限元 斯托克斯
2021-12-10 07:16:44

我尝试使用标准的 Crouzeix-Raviart 非合格 P1/P0 元素(线速度、恒压、边缘中点处的速度节点)来解决不可压缩斯托克斯流的驱动腔问题。速度u=(u1u2)=(10)在域的顶部,其他三个边为零。如下图所示,Stokes 在标准流体形式上的问题得到了很好的解决,即当“速度块”来自功能

a(u,v)=ΩμuvDX。

输入图片asdasde

然而,切换到(在连续情况下等效)弹性形式,与

a(u,v)=Ωε(u)TDε(v)dx,

在哪里ε(u)=(u1/xu2/y(u1/y+u2/x)/2)TD=diag(2μ,2μ,μ),速度和(和压力场)看起来很奇怪(尽管系统矩阵是非奇异的):

在此处输入图像描述

我知道弹性形式不适用于 Neumann 边界条件,因为我们可以获得“刚体运动”,但在这种情况下,我只有 Dirichlet 边界条件,因此我对元素不起作用感到有点惊讶。我已经成功地解决了具有稳定版本的符合 P1/P0 元件以及 Q1/P0(具有不稳定压力)的弹性形式。因此,弹性形式本身应该没有问题。那么,您认为我只是在实现中犯了一些错误,还是在使用 Crouzeix-Raviart 的弹性形式时出现了一些基本问题?

1个回答

我认为这个元素对于弹性算子来说是不稳定的;参看。以下论文中的介绍:

Kouhia,Reijo;Stenberg, Rolf一种用于几乎不可压缩的弹性和斯托克斯流的线性非一致性有限元方法。, 计算。方法应用程序。机甲。英。124, No. 3, 195-212 (1995)。ZBL1067.74578

以下是相关部分:

... Crouzeix 和 Raviart 表明,只要速度的线性元素不一致,线性/常数组合可用于具有 Dirichlet 边界条件的 Stokes 问题......但是,该方法不适用于线性方程弹性...

因此,作者开发了一个有限元,其中只有x-component 使用 Crouzeix-Raviart 基础和y-component 使用符合标准的P1基础。