大波数Helmholtz方程的CIPFEM离散的STDDM方法

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大波数散射问题的高效算法设计和理论分析是著名的公开问题。特别是,由于污染效应,大波数散射问题的离散通常导致大规模线性代数方程组的求解。最近Z.Chen和X.Xiang在受到B.ENGQUIST和L.Ying提出的“Sweeping”预条件的启发之后,设计出一种称为波源转移区域分解方法的算法(STDDM),与“Sweeping”预条件一样,其在预处理大波数Helmholtz散射问题的有限元或有限差分离散方程组时,取得了几乎最优的效果。另外,由H.Wu,L.Zhu和Y.Du发展并分析了求解大波数Helmholtz散射问题的连续内罚有限元方法(CIPFEM),发现其具有更好的稳定性并可以达到更小的污染误差。  本文用CIPFEM对STDDM中的子区域问题进行离散得到了一种新的离散格式,记为CIP-STDDM,该方法计算量为O(NM),其中N为区域分解中子区域的个数,M是一个子区域上子问题的CIPFEM离散求解的计算量。数值实验表明CIP-STDDM所得到的近似解与CIPFEM的精度几乎相同,但前者的计算量要小得多,更适用于大规模计算。另外,我们用CIP-STDDM的刚度矩阵作为CIPFEM的预条件,得到了求解CIPFEM的预条件GMRES算法。该迭代每一步的计算量是O(NM)。数值实验表明迭代法的收敛速度的上界与波数k无关,与CIPFEM的自由度数无关,与子区域个数无关,即该算法可以高效稳健地求解CIPFEM方程组。
其他文献
本文主要阐述了基于对流扩散方程的自适应龙格库塔局部间断有限元方法(ARKLDG)的软件实现。该软件包(ARKLDG),主要有三部分组成:初始网格的生成、自适应Runge-Kutta局部间断Gal