辽宁石油化工大学学报

辽宁石油化工大学学报 ›› 2015, Vol. 35 ›› Issue (5): 68-72.DOI: 10.3969/j.issn.1672-6952.2015.05.016

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杂交混合有限元方法求解二维椭圆界面问题

张荣培,刘 佳   

  1. ( 辽宁石油化工大学, 辽宁抚顺1 1 3 0 0 1)
  • 出版日期:2015-10-25 发布日期:2015-11-02
  • 作者简介:张荣培( 1 9 7 8 - ) , 男, 博士, 讲师, 从事计算流体方面的研究; E - m a i l : r o n g p e i z h a n g@1 6 3. c o m。
  • 基金资助:
    基金项目: 国家自然科学基金资助项目( 1 1 1 7 1 0 3 8) 。

The Hybrid Mixed Finite Element Method for Elliptic Interface Problem

Zhang Rongpei, Liu Jia   

  1. (Liaoning Shihua University, Fushun Liaoning 113001, China)
  • Published:2015-10-25 Online:2015-11-02

摘要: 采用杂交混合有限元( H y b r i dm i x e df i n i t ee l e m e n t ) 方法求解椭圆界面问题。由于扩散系数在界面上间断, 椭圆界面问题的解和梯度在界面上会出现跳跃现象, 针对二维椭圆界面问题, 在三角网格上采取杂交混合有限元方法, 该方法的特点表现在对于复杂的界面, 三角网格剖分可以很好地拟合界面。当有限元近似空间取k阶多项式时, 方程的解和梯度在L2范数下均会达到最优阶收敛, 即k+1阶。由于线性方程组的矩阵是对称正定的, 因此可以应用共轭梯度方法求解方程组。数值算例结果表明, 杂交混合有限元方法对于求解强界面问题十分有效。

关键词: 杂交混合有限元方法, 间断系数, 椭圆方程, 界面问题, L a g r a n g e乘子

Abstract: This paper discusses the hybrid mixed finite element method for elliptic interface problem in which the solution and gradient are discontinuous because of jump conditions across the interface. For the twodimensional elliptic interface problem, we propose the hybrid mixed finite element method on triangulation. The properties of this method mainly reflect in the following: the triangular mesh can nicely approximate the complex interface|they provide the approximations of all the variables, including the solution and gradient, with the optimal order|the matrix of final linear algebra systems is symmetric and positive definite, so it can be numerically solved by using for example conjugate gradient method. Numerical examples demonstrate the validity of hybrid mixed finite element method for elliptic interface problems. 

Key words: Hybrid mixed finite element method, Discontinuous coefficient, Elliptic equation, Interface problem, Lagrange multipliers

引用本文

张荣培,刘 佳. 杂交混合有限元方法求解二维椭圆界面问题[J]. 辽宁石油化工大学学报, 2015, 35(5): 68-72.

Zhang Rongpei, Liu Jia. The Hybrid Mixed Finite Element Method for Elliptic Interface Problem[J]. Journal of Liaoning Petrochemical University, 2015, 35(5): 68-72.

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