Métodos híbridos adaptativos para o problema de Helmholtz

Detalhes bibliográficos
Autor(a) principal: Mello, Leonardo Fagundes de
Data de Publicação: 2015
Tipo de documento: Dissertação
Idioma: por
Título da fonte: Biblioteca Digital de Teses e Dissertações do LNCC
Texto Completo: https://tede.lncc.br/handle/tede/358
Resumo: In the last decades the development about finite element methods to solve wave propagation on the frequence domain modeled with Helmholtz equation, has been broadly explored. Although apparently simple, from the numerical methods point of view, this problem has been shown a challenging to solve the Helmholtz problem efficiently with high wave number k and to minimize the "numerical-pollution". Classical Galerkin methods or second order finite difference schemes produces unstable approximations, at least with the use of extremely refined mesh. Other promissing alternative presented in this work is the hybrid finite element characterized for introducing a lagrangean multiplier to guarantee the continuity between elements. This kind of methodology promoves the global system which envolves only the degrees of freedom over the multiplier. This technique has easy implementation, including h and p adaptiveness, furthermore it has a flexible choice to the approximation spaces. In this context, we introduced a hybrid formulation to solve the wave problem, where the multiplier is the trace of the pressure on the element edges and adding least squares residuals from Helmholtz equation and mass balance. To ilustrate the flexibilities and robustness, numerical estudies were realized comparing continuous and discontinuous methods in the homogeneous and heterogeneous media, adopting micro-wave frequency schemes and, if necessary, the p-adaptive technique to get a more accurate approach.
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spelling Loula, Abimael Fernando DouradoLoula, Abimael Fernando DouradoKaram Filho, JoséAlvarez, Gustavo Benitezhttp://lattes.cnpq.br/3065499109746618Mello, Leonardo Fagundes de2023-04-24T17:10:01Z2015-09-11MELLO, L. F. Métodos híbridos adaptativos para o problema de Helmholtz. 2015. 70 f. Dissertação (Programa de Pós-Graduação em Modelagem Computacional) - Laboratório Nacional de Computação Científica, Petrópolis, 2015.https://tede.lncc.br/handle/tede/358In the last decades the development about finite element methods to solve wave propagation on the frequence domain modeled with Helmholtz equation, has been broadly explored. Although apparently simple, from the numerical methods point of view, this problem has been shown a challenging to solve the Helmholtz problem efficiently with high wave number k and to minimize the "numerical-pollution". Classical Galerkin methods or second order finite difference schemes produces unstable approximations, at least with the use of extremely refined mesh. Other promissing alternative presented in this work is the hybrid finite element characterized for introducing a lagrangean multiplier to guarantee the continuity between elements. This kind of methodology promoves the global system which envolves only the degrees of freedom over the multiplier. This technique has easy implementation, including h and p adaptiveness, furthermore it has a flexible choice to the approximation spaces. In this context, we introduced a hybrid formulation to solve the wave problem, where the multiplier is the trace of the pressure on the element edges and adding least squares residuals from Helmholtz equation and mass balance. To ilustrate the flexibilities and robustness, numerical estudies were realized comparing continuous and discontinuous methods in the homogeneous and heterogeneous media, adopting micro-wave frequency schemes and, if necessary, the p-adaptive technique to get a more accurate approach.Nas últimas décadas o desenvolvimento de métodos de elementos finitos para a resolução de problemas de propagação de ondas no domínio da frequência, modelado pela equação de Helmholtz, têm sido largamente explorados. Embora aparentemente simples, este problema tem se mostrado desafiador do ponto de vista da construção de métodos numéricos precisos e estáveis capazes de resolver de forma eficiente o problema de Helmholtz, com número de onda k elevado, de maneira a evitar ou minimizar os efeitos de “poluição numérica”. Métodos clássicos de Galerkin ou de diferenças finitas de segunda ordem, por exemplo, apresentam aproximações instáveis a menos que sejam utilizadas malhas extremamente refinadas. Outra alternativa bastante promissora, abordada neste trabalho, são os métodos de elementos finitos híbridos caracterizados pela introdução de multiplicadores de Lagrange responsáveis pela imposição da continuidade nas arestas dos elementos. Tal metodologia dá origem a um sistema global envolvendo apenas os graus de liberdade associados aos multiplicadores e as variáveis de interesse podem ser resolvidas no nível do elemento. Esta é uma abordagem de fácil implementação, inclusive de aptatividade do tipo h e p, além de apresentar grande flexibilidade na escolha dos espaços de aproximações. Neste contexto, apresentamos uma formulação híbrida para o problema em questão onde o multiplicador é identificado como o traço da pressão nas arestas e estabilizado pela adição de resíduos de mínimos quadrados da equação de Helmholtz e do balanço de massa. Para ilustrar a flexibilidade e robustez do método, estudos numéricos são realizados comparando resultados obtidos utilizando multiplicadores contínuos e descontínuos em meios homogêneos e heterogêneos em regimes de frequência na faixa de micro-ondas adotando, quando necessário, adaptatividade p para atingir melhor precisão da aproximação.Submitted by Patrícia Vieira Silva (library@lncc.br) on 2023-04-24T17:09:02Z No. of bitstreams: 2 license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) Leonardo_Mello_final.pdf: 15199817 bytes, checksum: 70e1afb6cde03445a73f25eecb3e4830 (MD5)Approved for entry into archive by Patrícia Vieira Silva (library@lncc.br) on 2023-04-24T17:09:32Z (GMT) No. of bitstreams: 2 license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) Leonardo_Mello_final.pdf: 15199817 bytes, checksum: 70e1afb6cde03445a73f25eecb3e4830 (MD5)Made available in DSpace on 2023-04-24T17:10:01Z (GMT). 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