High-order discontinuous Galerkin methods for solving the time-domain Maxwell equations on non-conforming simplicial meshes

Hassan Fahs 1
1 NACHOS - Numerical modeling and high performance computing for evolution problems in complex domains and heterogeneous media
CRISAM - Inria Sophia Antipolis - Méditerranée , JAD - Laboratoire Jean Alexandre Dieudonné : UMR6621
Résumé : Ce travail porte sur le développement d'une méthode Galerkin discontinue (GDDT) d'ordre élevé pour la résolution numérique des équations de Maxwell instationnaires sur des maillages simplexes non-conformes. On présente tout d'abord une méthode GDDT reposant sur des fonctions de base nodales pour approcher le champ électromagnétique dans un simplexe, un schéma centré pour évaluer les flux numériques aux interfaces entre cellules voisines et un schéma saute-mouton du second ordre pour l'intégration temporelle. De plus, cette méthode autorise l'utilisation de maillages non-conformes présentant un nombre arbitraire de noeuds flottants. La méthode résultante est non-dissipative, stable sous une condition de type CFL, conserve un équivalent discret de l'énergie électromagnétique, et très peu dispersive. Afin de diminuer le coût de calcul de cette méthode, on propose une méthode GDDT de type /hp/, qui combine /h-/raffinement et /p/-enrichissement locaux tout en préservant la stabilité. On réalise ensuite une étude numérique détaillée des méthodes GDDT sur la base d'une série de problèmes de propagation d'ondes en milieux homogène et hétérogène. En particulier, on effectue une comparaison des méthodes Galerkin discontinues conformes et non-conformes en termes de précision, convergence et coûts de calcul.
Afin d'améliorer la précision et la vitesse de convergence des méthodes GDDT précédentes, on étudie une famille de schémas saute-mouton d'ordre
arbitrairement élevé. Ces schémas temporels nous assurent sur tout maillage la conservation d'un équivalent discret de l'énergie électromagnétique ainsi que la stabilité des méthodes GDDT résultantes sous une condition de type CFL. On réalise aussi une étude de convergence /hp a priori/ ainsi qu'une étude de convergence de l'erreur sur la divergence. Des expériences numériques montrent que pour un maillage donné, le schéma saute-mouton du quatrième ordre est moins coûteux en temps de calcul et plus précis que le schéma saute-mouton du second ordre, en dépit d'une complexité arithmétique accrue.
De plus, on obtient une convergence exponentielle avec le schéma saute-mouton du quatrième ordre.
Type de document :
Thèse
Mathematics [math]. Université Nice Sophia Antipolis, 2008. English
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Contributeur : Hassan Fahs <>
Soumis le : vendredi 13 février 2009 - 16:09:45
Dernière modification le : jeudi 3 mai 2018 - 13:32:55
Document(s) archivé(s) le : mercredi 22 septembre 2010 - 11:33:27

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Hassan Fahs. High-order discontinuous Galerkin methods for solving the time-domain Maxwell equations on non-conforming simplicial meshes. Mathematics [math]. Université Nice Sophia Antipolis, 2008. English. 〈tel-00359874v2〉

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