Éléments Raviart-Thomas sur le carré de référence


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Je voudrais savoir comment fonctionne l'élément Raviart-Thomas (RT). À cette fin, je voudrais décrire analytiquement à quoi ressemblent les fonctions de base sur le carré de référence. Le but ici n'est pas de l'implémenter moi-même, mais plutôt juste d'avoir une compréhension intuitive de l'élément.

Je fonde largement ce travail sur les éléments triangulaires discutés ici , peut-être que son extension aux quadrilatères est une erreur en soi.

Cela dit, je peux définir les fonctions de base du premier élément RK RK0:

pouri=1,,4.

ϕi(x)=a+bx=(a1+b1xa2+b2y)
i=1,,4.

Les conditions sur sont les suivantes:ϕi

ϕi(xj)nj=δij

est l'unité normale indiquée ci-dessous et x j est sa coordonnée.njxj

RT0

Il s'agit du carré de référence , ce qui conduit à un système d'équations pour chaque fonction de base. Pour ϕ 1, c'est:[1,1]×[1,1]ϕ1

(1010010110100101)(a1a2b1b3)=(1000)

qui peut être résolu pour donner:

ϕ1(x)=12(1+x0)

Les autres fonctions de base peuvent être trouvées de manière similaire.

En supposant que cela est correct, l'étape suivante consiste à trouver les fonctions de base pour RK1. C'est là que je deviens un peu incertain de moi-même. Selon le lien ci-dessus, l'espace qui nous intéresse est:

P1(K)+xP1(K)

Une base pour serait { 1 , x , y }P1{1,x,y}

Je pense que cela signifie que les fonctions de base de RK1 devraient prendre la forme:

ϕi(x)=(a1+b1x+c1y+d1x2+e1xya2+b2x+c2y+d2xy+e2y2)

Cela laisse 10 inconnues pour chaque fonction de base. Si nous appliquons les mêmes conditions que dans le cas RK0, à savoir:

ϕi(xj)nj=δij
nj

RK1

[P1]2

Réponses:


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En général, vous ne pouvez pas simplement transférer la même base polynomiale des éléments tétraédriques aux éléments quadrilatéraux. 1 En particulier, l'intérêt des éléments quadrilatéraux est de travailler avec des produits tenseurs de polynômes unidimensionnels, ce qui n'est pas possible pour les éléments tétraédriques.

RTk

Pk+1,k×Pk,k+1,
Pk,l={i=0kj=0laijxiyj:aijR}.
k=0k=1
(a1+b1x+c1x2+d1y+e1xy+f2x2ya2+b2y+c2y2+d2x+e2xy+f2xy2).
dimRT1=12dimRTk=2(k+1)(k+2)RTkk+1

1111ϕi(x,y)qj(x,y)dxdx=δij,
{qj}Pk1,k×Pk,k1{1,x,y}k=1
emϕi(s)Tνemqm,j(s)ds,
emνemmqm,jPk(em){1,x}{1,y}k=1

H(div)


kkkkx2y32


Merci beaucoup pour votre réponse, vous y avez évidemment mis beaucoup d'efforts. Je pense que cela clarifie beaucoup de mes idées fausses.
Lukas Bystricky

ϕ1k=0141+x,0Tϕ1y

Heureux que vous l'ayez trouvé utile; votre question est intéressante et vous avez également consacré beaucoup d'efforts. Le support compact vient du fait que les polynômes ne sont définis que sur l'élément de référence - rappelons que Raviart-Thomas sont des éléments conformes à H (div), et donc que les fonctions dans l' espace global des éléments finis n'ont pas besoin d'être continues.
Christian Clason

En fait, cela n'est vrai que pour les fonctions de base connectées aux degrés de liberté intérieurs: les fonctions de base (globales) connectées aux degrés de liberté de bord prennent en charge (uniquement) les deux éléments connectés par le bord; sur tous les autres éléments, ils sont mis à zéro.
Christian Clason

1
En fait en fait: pour les éléments de bord, seule la trace normale doit être continue, pas le polynôme lui-même, donc même cela doit être pris en charge automatiquement sans étendre le support. Si vous avez besoin de plus de détails sur l' espace global Raviart-Thomas, je vous suggère d'élargir votre question et j'essaierai d'élargir ma réponse.
Christian Clason du
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