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Theses

Space-Time Discretization of Elasto-Acoustic Wave Equation in Polynomial Trefftz-DG Bases

Elvira Shishenina 1, 2
1 Magique 3D - Advanced 3D Numerical Modeling in Geophysics
LMAP - Laboratoire de Mathématiques et de leurs Applications [Pau], Inria Bordeaux - Sud-Ouest
Résumé : Les méthodes d'éléments finis de type Galerkine discontinu (DG FEM) ont démontré précision et efficacité pour résoudre des problèmes d'ondes dans des milieux complexes. Cependant, elles nécessitent un très grand nombre de degrés de liberté, ce qui augmente leur coût de calcul en comparaison du coût des méthodes d'éléments finis continus. Parmi les différentes approches variationnelles pour résoudre les problèmes aux limites, se distingue une famille particulière, basée sur l'utilisation de fonctions tests qui sont des solutions locales exactes des équations à résoudre. L'idée vient de E.Trefftz en 1926 et a depuis été largement développée et généralisée. Les méthodes variationnelles de type Trefftz-DG appliquées aux problèmes d'ondes se réduisent à des intégrales de surface, ce qui devrait contribuer à réduire les coûts de calcul.Les approches de type Trefftz ont été largement développées pour les problèmes harmoniques, mais leur utilisation pour des simulations en domaine transitoire est encore limitée. Quand elles sont appliquées dans le domaine temporel, les méthodes de Trefftz utilisent des maillages qui recouvrent le domaine espace-temps. C'est une des paraticularités de ces méthodes. En effet, les méthodes DG standards conduisent à la construction d'un système semi-discret d'équations différentielles ordinaires en temps qu'on intègre avec un schéma en temps explicite. Mais les méthodes de Trefftz-DG appliquées aux problèmes d'ondes conduisent à résoudre une matrice globale, contenant la discrétisation en espace et en temps, qui est de grande taille et creuse. Cette particularité gêne considérablement le déploiement de cette technologie pour résoudre des problèmes industriels.Dans ce travail, nous développons un environnement Trefftz-DG pour résoudre des problèmes d'ondes mécaniques, y compris les équations couplées de l'élasto-acoustique. Nous prouvons que les formulations obtenues sont bien posées et nous considérons la difficulté d'inverser la matrice globale en construisant un inverse approché obtenu à partir de la décomposition de la matrice globale en une matrice diagonale par blocs. Cette idée permet de réduire les coûts de calcul mais sa précision est limitée à de petits domaines de calcul. Etant données les limitations de la méthode, nous nous sommes intéressés au potentiel du "Tent Pitcher", en suivant les travaux récents de Gopalakrishnan et al. Il s'agit de construire un maillage espace-temps composé de macro-éléments qui peuvent être traités indépendamment en faisant une hypothèse de causalité. Nous avons obtenu des résultats préliminaires très encourageants qui illustrent bien l'intérêt du Tent Pitcher, en particulier quand il est couplé à une méthode de Trefftz-DG formulée à partir d'intégrales de surface seulement. Dans ce cas, le maillage espace-temps est composé d'éléments qui sont au plus de dimension 3. Il est aussi important de noter que ce cadre se prête à l'utilisation de pas de temps locaux ce qui est un plus pour gagner en précision avec des coûts de calcul réduits.
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https://hal.inria.fr/tel-01953740
Contributor : Elvira Shishenina <>
Submitted on : Thursday, December 13, 2018 - 11:10:56 AM
Last modification on : Thursday, March 5, 2020 - 7:22:58 PM
Document(s) archivé(s) le : Thursday, March 14, 2019 - 1:54:24 PM

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  • HAL Id : tel-01953740, version 1

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Elvira Shishenina. Space-Time Discretization of Elasto-Acoustic Wave Equation in Polynomial Trefftz-DG Bases. Numerical Analysis [math.NA]. Université de Pau et des Pays l'Adour, 2018. English. ⟨tel-01953740⟩

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