锁定现象磷1 - P0P1−P0元素

计算科学 有限元 纳维斯托克斯 斯托克斯 混合配方
2021-12-12 14:25:36

考虑斯托克斯问题和通常的散度算子B:VQ,Bv,q=b(v,q)=(divv,q) 及其离散版本Bh:VhQh.

在讲义中,我读到了以下考虑:

一定是dim(Vh)dim(Qh). 如果没有,那么ker(Bh)={0} 和唯一的解决方案Au+Btp=f伊斯兰国u=0.

问:为什么会dim(Vh)<dim(Qh)暗示ker(Bh)={0}?

对于 inf-sup 条件Bh为了满足,我需要Bh是满贯的,但是如果我有一个线性应用程序(举个例子)R3R5,然后由秩定理:我们确实有

3=dim(Im)+dim(ker)
这意味着它不能是满射的。我想说,这句话有意义的唯一方法是当我在维度上相等时:在这种情况下,满射等同于单射。所以,Bhuh=0只为uh=0.

但我觉得链接我错过了一些东西:考虑以下讨论,在Brezzi-Boffi-Fortin 上找到:混合有限元

在此处输入图像描述

他基本上说,即使你在维度上没有平等,你也会有ker(Bh)={0},我真的不知道为什么。

1个回答

我有一个朋友在 FEM 和混合 FEM 方面非常出色(我们的研究小组在 HDG 上工作——它是不可压缩流的无点散度),但不幸的是,他不在 SE 上。我会看看他是否有时间看看你的一些问题。我的天真(但有点受过教育)的观点是,这是某些网格的特定示例。

(在我开始之前,只是为了确保我们在同一页上,dim(Vh)将是物理空间的维度(例如,在二维中,2)乘以内部速度自由度(N)的数量 - 因为速度在边界上消失 - 乘以使用的多项式次数(在这种情况下,1) ,所以 2*N。dim(Qh)将等于三角形的数量 (t) 减 1。我不确定这是否对我造成混淆,但想确定一下。)

首先,假设您有一个完整的列秩矩阵ARm×nm>n你想解决Ax=0. 很明显,这个问题的唯一解决方案是x=0. 自从Bh是一个线性算子,它有一个矩阵表示,比如说B, 和Bdim(Qh)-经过-dim(Vh). 如果dim(Qh)>dim(Vh)然后Bu=0dim(Qh)只有一种解决方案u=0dim(Vh).

的情况下P1P0元素,如果你要构建一个分段线性连续无散度速度场,它可能最终几乎在所有地方都为零,因为它必须在边界上消失并且它的散度必须为零。我们可以通过计算约束来证明这一点(Brezzi-Fortin-Doffi 诉诸于平面图的著名欧拉恒等式,也请检查这个 math.SE 答案)。根据他们的说法,uh过度约束(dim(Qh)>dim(Vh)),因此它必须是uh0. 如果您还检查示例 8.10.2(交叉网格P1P0元素)上 pg.508(在我拥有的版本中),其中矩阵表示的行秩Bh小于其列数,因此uh没有过度约束。虽然,显然,还有其他问题。