Uma formulação Petrov-Galerkin descontínuo para solução da equação de Helmholtz com minimização do erro de fase

Detalhes bibliográficos
Autor(a) principal: Dias, Rodrigo
Data de Publicação: 2019
Tipo de documento: Tese
Idioma: por
Título da fonte: Repositório Institucional da UFRJ
Texto Completo: http://hdl.handle.net/11422/13684
Resumo: Pollution error is a well known source of inaccuracies in continuous or discontinuous FE approaches to solve the Helmholtz equation. This topic is exaustivelly studied in a large number of papers as well as IHLENBURG e BABUSKA [1], IH- ˇ LENBURG [2] and others references inside there in and others references. Robust methodologies for structured square meshes have been developed in recent years. This work seeks to develop a methodology based on Discontinuous PetrovGalerkin formulation (DPG), in order to minimize phase error for structured or unstructured meshes applied for Helmholtz equation in homogeneous media. A Petrov–Galerkin FE formulation is introduced for Helmholtz problem in two dimensions using polynomial weighting functions. At each node of the triangular mesh, a global basis function for the weighting space is obtained, adding to the bilinear C 0 Lagrangian weighting function linear combinations. The optimal weighting functions, with the same support of the corresponding global test functions, are obtained after computing the coefficients α n m of these linear combinations attending to optimal criteria. This is done numerically through a preprocessing technique that is naturally applied to nonuniform and unstructured meshes. In particular, for uniform mesh a quasi optimal interior stencil of the same order of the quasi-stabilized finite element method stencil derived by BABUSKA ˇ et al. [3] is obtained. Numerical results are presented illustrating the great stability and accuracy of this formulation with nonuniform and unstructured meshes.
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spelling Uma formulação Petrov-Galerkin descontínuo para solução da equação de Helmholtz com minimização do erro de faseA discontinuous Petrov-Galerkin formulation for Helmholtz equation solution with phase error minimizationGalerkin finite element methodsDiscontinuous GalerkinPetrov-Galerkin Discontinuous (PGD)Helmholtz equationCNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA CIVILPollution error is a well known source of inaccuracies in continuous or discontinuous FE approaches to solve the Helmholtz equation. This topic is exaustivelly studied in a large number of papers as well as IHLENBURG e BABUSKA [1], IH- ˇ LENBURG [2] and others references inside there in and others references. Robust methodologies for structured square meshes have been developed in recent years. This work seeks to develop a methodology based on Discontinuous PetrovGalerkin formulation (DPG), in order to minimize phase error for structured or unstructured meshes applied for Helmholtz equation in homogeneous media. A Petrov–Galerkin FE formulation is introduced for Helmholtz problem in two dimensions using polynomial weighting functions. At each node of the triangular mesh, a global basis function for the weighting space is obtained, adding to the bilinear C 0 Lagrangian weighting function linear combinations. The optimal weighting functions, with the same support of the corresponding global test functions, are obtained after computing the coefficients α n m of these linear combinations attending to optimal criteria. This is done numerically through a preprocessing technique that is naturally applied to nonuniform and unstructured meshes. In particular, for uniform mesh a quasi optimal interior stencil of the same order of the quasi-stabilized finite element method stencil derived by BABUSKA ˇ et al. [3] is obtained. Numerical results are presented illustrating the great stability and accuracy of this formulation with nonuniform and unstructured meshes.A poluição do erro é uma fonte conhecida de imprecisões nas abordagens contínuas ou descontínuas de FE para resolver a equação de Helmholtz. Este tópico é exaustivamente estudado em um grande número de artigos, além de IHLENBURG e BABUSKA [1], IHLENBURG [2] e outras referências ali citadas. Metodologias robustas para malhas quadradas estruturadas foram desenvolvidas nos últimos anos. Este trabalho busca desenvolver uma metodologia baseada na formulação descontínua Petrov-Galerkin (PGD), a fim de minimizar o erro de fase para malhas estruturadas ou n˜ao estruturadas, aplicadas à equação de Helmholtz em meios homogêneos. Uma formulação Petrov-Galerkin FE é introduzida para o problema de Helmholtz em duas dimensões usando funções de ponderação polinomial. Em cada nó da malha triangular, uma função de base global para o espaço das funções de ponderação é obtida, acrescentando às combinações bi lineares C 0 da função linear Laringiana de ponderação. As funções de ponderação ótima, com o mesmo suporte das funções de teste globais correspondentes, são obtidas após o cálculo dos coeficientes α n m dessas combinações lineares, atendendo aos critérios ideais. Isso é feito numericamente através de uma técnica de pré-processamento que é naturalmente aplicada a malhas uniformes e não estruturadas. Em particular, para malha uniforme, é obtido um estêncil interior quase ótimo da mesma ordem do método do elemento finito quase estabilizado, obtido por BABUSKA et al. [3]. Resultados numéricos são apresentados ilustrando a grande estabilidade e precisão desta formulação com malhas não uniformes e não estruturadas.Universidade Federal do Rio de JaneiroBrasilInstituto Alberto Luiz Coimbra de Pós-Graduação e Pesquisa de EngenhariaPrograma de Pós-Graduação em Engenharia CivilUFRJMansur, Webe João Mansurhttp://lattes.cnpq.br/9499429606822923http://lattes.cnpq.br/6888919884998742Carmo, Eduardo Gomes Dutra dohttp://lattes.cnpq.br/1758306905062349Rotunno Filho, Otto CorrêaFontes Junior, Edivaldo FigueiredoDuda, Fernando PereiraAlvarez, Gustavo BenitezDias, Rodrigo2021-02-10T17:06:28Z2023-12-21T03:07:25Z2019-10info:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/doctoralThesishttp://hdl.handle.net/11422/13684porinfo:eu-repo/semantics/openAccessreponame:Repositório Institucional da UFRJinstname:Universidade Federal do Rio de Janeiro (UFRJ)instacron:UFRJ2023-12-21T03:07:25Zoai:pantheon.ufrj.br:11422/13684Repositório InstitucionalPUBhttp://www.pantheon.ufrj.br/oai/requestpantheon@sibi.ufrj.bropendoar:2023-12-21T03:07:25Repositório Institucional da UFRJ - Universidade Federal do Rio de Janeiro (UFRJ)false
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