Métodos de Elementos Finitos e Diferenças Finitas para o Problema de Helmholtz
Autor(a) principal: | |
---|---|
Data de Publicação: | 2009 |
Tipo de documento: | Tese |
Idioma: | por |
Título da fonte: | Biblioteca Digital de Teses e Dissertações do LNCC |
Texto Completo: | https://tede.lncc.br/handle/tede/98 |
Resumo: | It is well known that classical finite elements or finite difference methods for Helmholtz problem present pollution effects that can severely deteriorate the quality of the approximate solution. To control pollution effects is especially difficult on non uniform meshes. For uniform meshes of square elements pollution effects can be minimized with the Quasi Stabilized Finite Element Method (QSFEM) proposed by Babus\v ska el al, for example. In the present work we initially present two relatively simple Petrov-Galerkin finite element methods, referred here as RPPG (Reduced Pollution Petrov-Galerkin) and QSPG (Quasi Stabilized Petrov-Galerkin), with reasonable robustness to some type of mesh distortion. The QSPG also shows minimal pollution, identical to QSFEM, for uniform meshes with square elements. Next we formulate the QOFD (Quasi Stabilized Finite Difference) method, a finite difference method for unstructured meshes. The QOFD shows great robustness relative to element distortion, but requires extra work to consider non-essential boundary conditions and source terms. Finally we present a Quasi Optimal Petrov-Galerkin (QOPG) finite element method. To formulate the QOPG we use the same approach introduced for the QOFD, leading to the same accuracy and robustness on distorted meshes, but constructed based on consistent variational formulation. Numerical results are presented illustrating the behavior of all methods developed compared to Galerkin, GLS and QSFEM. |
id |
LNCC_7dfbadd75e60f72c58f1d5dbda866f9b |
---|---|
oai_identifier_str |
oai:tede-server.lncc.br:tede/98 |
network_acronym_str |
LNCC |
network_name_str |
Biblioteca Digital de Teses e Dissertações do LNCC |
repository_id_str |
|
spelling |
Loula, Abimael Fernando DouradoCPF:24477575734http://lattes.cnpq.br/7315592936477868Valentin, Fréderic Gerard ChristianCPF:01511596708http://lattes.cnpq.br/0635728154206559Madureira, Alexandre Loureirohttp://lattes.cnpq.br/2029610058780121Carmo, Eduardo Gomes Dutra dohttp://lattes.cnpq.br/1758306905062349Rochinha, Fernando AlvesCPF:73677396700http://lattes.cnpq.br/5219013163859829Oliveira, Saulo PomponetCPF:67497110578http://lattes.cnpq.br/3048153332110327CPF:08574043770http://lattes.cnpq.br/7315592936477868Fernandes, Daniel Thomas2015-03-04T18:51:06Z2009-05-052009-03-02FERNANDES, Daniel Thomas. Finite Elements and Finite Difference Methods for the Helmholtz Equation. 2009. 137 f. Tese (Doutorado em Modelagem computacional) - Laboratório Nacional de Computação Científica, Petropolis, 2009.https://tede.lncc.br/handle/tede/98It is well known that classical finite elements or finite difference methods for Helmholtz problem present pollution effects that can severely deteriorate the quality of the approximate solution. To control pollution effects is especially difficult on non uniform meshes. For uniform meshes of square elements pollution effects can be minimized with the Quasi Stabilized Finite Element Method (QSFEM) proposed by Babus\v ska el al, for example. In the present work we initially present two relatively simple Petrov-Galerkin finite element methods, referred here as RPPG (Reduced Pollution Petrov-Galerkin) and QSPG (Quasi Stabilized Petrov-Galerkin), with reasonable robustness to some type of mesh distortion. The QSPG also shows minimal pollution, identical to QSFEM, for uniform meshes with square elements. Next we formulate the QOFD (Quasi Stabilized Finite Difference) method, a finite difference method for unstructured meshes. The QOFD shows great robustness relative to element distortion, but requires extra work to consider non-essential boundary conditions and source terms. Finally we present a Quasi Optimal Petrov-Galerkin (QOPG) finite element method. To formulate the QOPG we use the same approach introduced for the QOFD, leading to the same accuracy and robustness on distorted meshes, but constructed based on consistent variational formulation. Numerical results are presented illustrating the behavior of all methods developed compared to Galerkin, GLS and QSFEM.É bem sabido que métodos clássicos de elementos finitos e diferenças finitas para o problema de Helmholtz apresentam efeito de poluição, que pode deteriorar seriamente a qualidade da solução aproximada. Controlar o efeito de poluição é especialmente difícil quando são utilizadas malhas não uniformes. Para malhas uniformes com elementos quadrados são conhecidos métodos (p. e. o QSFEM, proposto por Babuska et al) que minimizam a poluição. Neste trabalho apresentamos inicialmente dois métodos de elementos finitos de Petrov-Galerkin com formulação relativamente simples, o RPPG e o QSPG, ambos com razoável robustez para certos tipos de distorções dos elementos. O QSPG apresenta ainda poluição mínima para elementos quadrados. Em seguida é formulado o QOFD, um método de diferenças finitas aplicável a malhas não estruturadas. O QOFD apresenta grande robustez em relação a distorções, mas requer trabalho extra para tratar problemas não homogêneos ou condições de contorno não essenciais. Finalmente é apresentado um novo método de elementos finitos de Petrov-Galerkin, o QOPG, que é formulado aplicando a mesma técnica usada para obter a estabilização do QOFD, obtendo assim a mesma robustez em relação a distorções da malha, com a vantagem de ser um método variacionalmente consistente. Resultados numéricos são apresentados ilustrando o comportamento de todos os métodos desenvolvidos em comparação com os métodos de Galerkin, GLS e QSFEM.Made available in DSpace on 2015-03-04T18:51:06Z (GMT). No. of bitstreams: 1 tese_danieltf.pdf: 1240547 bytes, checksum: d1fac8fed2c288c3581c57065cf2c0c2 (MD5) Previous issue date: 2009-03-02Fundação Carlos Chagas Filho de Amparo a Pesquisa do Estado do Rio de Janeiroapplication/pdfhttp://tede-server.lncc.br:8080/retrieve/316/tese_danieltf.pdf.jpghttp://tede-server.lncc.br:8080/retrieve/542/tese_danieltf.pdf.jpgporLaboratório Nacional de Computação CientíficaPrograma de Pós-Graduação em Modelagem ComputacionalLNCCBRServiço de Análise e Apoio a Formação de Recursos HumanosMétodo dos elementos finitosMétodos de diferenças finitasEquação de HelmholtzMétodos estabilizadosFinite elements methodsFinite difference methodsHelmholtz equationStabilized methodCNPQ::CIENCIAS EXATAS E DA TERRA::CIENCIA DA COMPUTACAOMétodos de Elementos Finitos e Diferenças Finitas para o Problema de HelmholtzFinite Elements and Finite Difference Methods for the Helmholtz Equationinfo:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/doctoralThesisinfo:eu-repo/semantics/openAccessreponame:Biblioteca Digital de Teses e Dissertações do LNCCinstname:Laboratório Nacional de Computação Científica (LNCC)instacron:LNCCORIGINALtese_danieltf.pdfapplication/pdf1240547http://tede-server.lncc.br:8080/tede/bitstream/tede/98/1/tese_danieltf.pdfd1fac8fed2c288c3581c57065cf2c0c2MD51THUMBNAILtese_danieltf.pdf.jpgtese_danieltf.pdf.jpgimage/jpeg3268http://tede-server.lncc.br:8080/tede/bitstream/tede/98/2/tese_danieltf.pdf.jpg6149859bbe8feccf76d58e53dc9f3c71MD52tede/982018-07-04 09:59:35.142oai:tede-server.lncc.br:tede/98Biblioteca Digital de Teses e Dissertaçõeshttps://tede.lncc.br/PUBhttps://tede.lncc.br/oai/requestlibrary@lncc.br||library@lncc.bropendoar:2018-07-04T12:59:35Biblioteca Digital de Teses e Dissertações do LNCC - Laboratório Nacional de Computação Científica (LNCC)false |
dc.title.por.fl_str_mv |
Métodos de Elementos Finitos e Diferenças Finitas para o Problema de Helmholtz |
dc.title.alternative.eng.fl_str_mv |
Finite Elements and Finite Difference Methods for the Helmholtz Equation |
title |
Métodos de Elementos Finitos e Diferenças Finitas para o Problema de Helmholtz |
spellingShingle |
Métodos de Elementos Finitos e Diferenças Finitas para o Problema de Helmholtz Fernandes, Daniel Thomas Método dos elementos finitos Métodos de diferenças finitas Equação de Helmholtz Métodos estabilizados Finite elements methods Finite difference methods Helmholtz equation Stabilized method CNPQ::CIENCIAS EXATAS E DA TERRA::CIENCIA DA COMPUTACAO |
title_short |
Métodos de Elementos Finitos e Diferenças Finitas para o Problema de Helmholtz |
title_full |
Métodos de Elementos Finitos e Diferenças Finitas para o Problema de Helmholtz |
title_fullStr |
Métodos de Elementos Finitos e Diferenças Finitas para o Problema de Helmholtz |
title_full_unstemmed |
Métodos de Elementos Finitos e Diferenças Finitas para o Problema de Helmholtz |
title_sort |
Métodos de Elementos Finitos e Diferenças Finitas para o Problema de Helmholtz |
author |
Fernandes, Daniel Thomas |
author_facet |
Fernandes, Daniel Thomas |
author_role |
author |
dc.contributor.advisor1.fl_str_mv |
Loula, Abimael Fernando Dourado |
dc.contributor.advisor1ID.fl_str_mv |
CPF:24477575734 |
dc.contributor.advisor1Lattes.fl_str_mv |
http://lattes.cnpq.br/7315592936477868 |
dc.contributor.referee1.fl_str_mv |
Valentin, Fréderic Gerard Christian |
dc.contributor.referee1ID.fl_str_mv |
CPF:01511596708 |
dc.contributor.referee1Lattes.fl_str_mv |
http://lattes.cnpq.br/0635728154206559 |
dc.contributor.referee2.fl_str_mv |
Madureira, Alexandre Loureiro |
dc.contributor.referee2Lattes.fl_str_mv |
http://lattes.cnpq.br/2029610058780121 |
dc.contributor.referee3.fl_str_mv |
Carmo, Eduardo Gomes Dutra do |
dc.contributor.referee3Lattes.fl_str_mv |
http://lattes.cnpq.br/1758306905062349 |
dc.contributor.referee4.fl_str_mv |
Rochinha, Fernando Alves |
dc.contributor.referee4ID.fl_str_mv |
CPF:73677396700 |
dc.contributor.referee4Lattes.fl_str_mv |
http://lattes.cnpq.br/5219013163859829 |
dc.contributor.referee5.fl_str_mv |
Oliveira, Saulo Pomponet |
dc.contributor.referee5ID.fl_str_mv |
CPF:67497110578 |
dc.contributor.referee5Lattes.fl_str_mv |
http://lattes.cnpq.br/3048153332110327 |
dc.contributor.authorID.fl_str_mv |
CPF:08574043770 |
dc.contributor.authorLattes.fl_str_mv |
http://lattes.cnpq.br/7315592936477868 |
dc.contributor.author.fl_str_mv |
Fernandes, Daniel Thomas |
contributor_str_mv |
Loula, Abimael Fernando Dourado Valentin, Fréderic Gerard Christian Madureira, Alexandre Loureiro Carmo, Eduardo Gomes Dutra do Rochinha, Fernando Alves Oliveira, Saulo Pomponet |
dc.subject.por.fl_str_mv |
Método dos elementos finitos Métodos de diferenças finitas Equação de Helmholtz Métodos estabilizados |
topic |
Método dos elementos finitos Métodos de diferenças finitas Equação de Helmholtz Métodos estabilizados Finite elements methods Finite difference methods Helmholtz equation Stabilized method CNPQ::CIENCIAS EXATAS E DA TERRA::CIENCIA DA COMPUTACAO |
dc.subject.eng.fl_str_mv |
Finite elements methods Finite difference methods Helmholtz equation Stabilized method |
dc.subject.cnpq.fl_str_mv |
CNPQ::CIENCIAS EXATAS E DA TERRA::CIENCIA DA COMPUTACAO |
description |
It is well known that classical finite elements or finite difference methods for Helmholtz problem present pollution effects that can severely deteriorate the quality of the approximate solution. To control pollution effects is especially difficult on non uniform meshes. For uniform meshes of square elements pollution effects can be minimized with the Quasi Stabilized Finite Element Method (QSFEM) proposed by Babus\v ska el al, for example. In the present work we initially present two relatively simple Petrov-Galerkin finite element methods, referred here as RPPG (Reduced Pollution Petrov-Galerkin) and QSPG (Quasi Stabilized Petrov-Galerkin), with reasonable robustness to some type of mesh distortion. The QSPG also shows minimal pollution, identical to QSFEM, for uniform meshes with square elements. Next we formulate the QOFD (Quasi Stabilized Finite Difference) method, a finite difference method for unstructured meshes. The QOFD shows great robustness relative to element distortion, but requires extra work to consider non-essential boundary conditions and source terms. Finally we present a Quasi Optimal Petrov-Galerkin (QOPG) finite element method. To formulate the QOPG we use the same approach introduced for the QOFD, leading to the same accuracy and robustness on distorted meshes, but constructed based on consistent variational formulation. Numerical results are presented illustrating the behavior of all methods developed compared to Galerkin, GLS and QSFEM. |
publishDate |
2009 |
dc.date.available.fl_str_mv |
2009-05-05 |
dc.date.issued.fl_str_mv |
2009-03-02 |
dc.date.accessioned.fl_str_mv |
2015-03-04T18:51:06Z |
dc.type.status.fl_str_mv |
info:eu-repo/semantics/publishedVersion |
dc.type.driver.fl_str_mv |
info:eu-repo/semantics/doctoralThesis |
format |
doctoralThesis |
status_str |
publishedVersion |
dc.identifier.citation.fl_str_mv |
FERNANDES, Daniel Thomas. Finite Elements and Finite Difference Methods for the Helmholtz Equation. 2009. 137 f. Tese (Doutorado em Modelagem computacional) - Laboratório Nacional de Computação Científica, Petropolis, 2009. |
dc.identifier.uri.fl_str_mv |
https://tede.lncc.br/handle/tede/98 |
identifier_str_mv |
FERNANDES, Daniel Thomas. Finite Elements and Finite Difference Methods for the Helmholtz Equation. 2009. 137 f. Tese (Doutorado em Modelagem computacional) - Laboratório Nacional de Computação Científica, Petropolis, 2009. |
url |
https://tede.lncc.br/handle/tede/98 |
dc.language.iso.fl_str_mv |
por |
language |
por |
dc.rights.driver.fl_str_mv |
info:eu-repo/semantics/openAccess |
eu_rights_str_mv |
openAccess |
dc.format.none.fl_str_mv |
application/pdf |
dc.publisher.none.fl_str_mv |
Laboratório Nacional de Computação Científica |
dc.publisher.program.fl_str_mv |
Programa de Pós-Graduação em Modelagem Computacional |
dc.publisher.initials.fl_str_mv |
LNCC |
dc.publisher.country.fl_str_mv |
BR |
dc.publisher.department.fl_str_mv |
Serviço de Análise e Apoio a Formação de Recursos Humanos |
publisher.none.fl_str_mv |
Laboratório Nacional de Computação Científica |
dc.source.none.fl_str_mv |
reponame:Biblioteca Digital de Teses e Dissertações do LNCC instname:Laboratório Nacional de Computação Científica (LNCC) instacron:LNCC |
instname_str |
Laboratório Nacional de Computação Científica (LNCC) |
instacron_str |
LNCC |
institution |
LNCC |
reponame_str |
Biblioteca Digital de Teses e Dissertações do LNCC |
collection |
Biblioteca Digital de Teses e Dissertações do LNCC |
bitstream.url.fl_str_mv |
http://tede-server.lncc.br:8080/tede/bitstream/tede/98/1/tese_danieltf.pdf http://tede-server.lncc.br:8080/tede/bitstream/tede/98/2/tese_danieltf.pdf.jpg |
bitstream.checksum.fl_str_mv |
d1fac8fed2c288c3581c57065cf2c0c2 6149859bbe8feccf76d58e53dc9f3c71 |
bitstream.checksumAlgorithm.fl_str_mv |
MD5 MD5 |
repository.name.fl_str_mv |
Biblioteca Digital de Teses e Dissertações do LNCC - Laboratório Nacional de Computação Científica (LNCC) |
repository.mail.fl_str_mv |
library@lncc.br||library@lncc.br |
_version_ |
1797683217123246080 |