Journal of the Korean Society for Industrial and Applied Mathematics
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v.25
no.4
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pp.173-195
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2021
A new implicit discontinuous Galerkin spectral element method (DGSEM) based on the first order hyperbolic system(FOHS) is presented for solving elliptic type partial different equations, such as the Poisson problems. By utilizing the idea of hyperbolic formulation of Nishikawa[1], the original Poisson equation was reformulated in the first-order hyperbolic system. Such hyperbolic system is solved implicitly by the collocation type DGSEM. The steady state solution in pseudo-time, which is the solution of the original Poisson problem, was obtained by the implicit solution of the global linear system. The optimal polynomial orders of 𝒪(𝒽𝑝+1)) are obtained for both the solution and gradient variables from the test cases in 1D and 2D regular grids. Spectral accuracy of the solution and gradient variables are confirmed from all test cases of using the uniform grids in 2D.
Journal of the Korean Society for Industrial and Applied Mathematics
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v.25
no.3
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pp.66-81
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2021
In this paper, we review the lowest order staggered discontinuous Galerkin methods on polygonal meshes in 2D. The proposed method offers many desirable features including easy implementation, geometrical flexibility, robustness with respect to mesh distortion and low degrees of freedom. Discrete function spaces for locally H1 and H(div) spaces are considered. We introduce special properties of a sub-mesh from a given star-shaped polygonal mesh which can be utilized in the construction of discrete spaces and implementation of the staggered discontinuous Galerkin method. For demonstration purposes, we consider the lowest case for the Poisson equation. We emphasize its efficient computational implementation using only geometrical properties of the underlying mesh.
Journal of the Korean Society for Industrial and Applied Mathematics
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v.26
no.4
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pp.244-262
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2022
In this paper, we analyze the hybridizable discontinuous Galerkin (HDG) method for second-order elliptic equations with nonlinear coefficients, which are used in many fields. We present the HDG method that uses a mixed formulation based on numerical trace and flux. Under assumptions on the nonlinear coefficient and H2-regularity for a dual problem, we prove that the discrete systems are well-posed and the numerical solutions have the optimal order of convergence as a mesh parameter. Also, we provide a matrix formulation that can be calculated using an iterative technique for numerical experiments. Finally, we present representative numerical examples in 2D to verify the validity of the proof of Theorem 3.10.
In this paper, we propose an iterative method for a symmetric interior penalty Galerkin method for heterogeneous elliptic problems. The iterative method consists mainly of two parts based on a non-overlapping domain decomposition approach. One is an intermediate preconditioner constructed by understanding the properties of the discontinuous finite element functions and the other is a preconditioning related to the dual-primal finite element tearing and interconnecting (FETI-DP) methodology. Numerical results for the proposed method are presented, which demonstrate the performance of the iterative method in terms of various parameters associated with the elliptic model problem, the finite element discretization, and non-overlapping subdomain decomposition.
With the increase of the frequency in large-scale floods and natural disasters, the demands for highly accurate numerical river models are also rapidly growing. Generally, flows in rivers are modeled with previously developed and well-established numerical models based on shallow water equations. However, the so-far-developed models reveal a lot of limitations in the analysis of discontinuous flow or flow which needs accurate modeling. In this study, the numerical shallow water model based on the discontinuous Galerkin method was applied to the simulation of one-dimensional transcritical flow, including dam break flows and a flow over a hump. The favorable agreement was observed between numerical solutions and analytical solutions.
The present paper deals with the continuous works of extending the multi-dimensional limiting process (MLP) for compressible flows, which has been quite successful in finite volume methods, into discontinuous Galerkin (DG) methods. From the series of the previous, it was observed that the MLP shows several superior characteristics, such as an efficient controlling of multi-dimensional oscillations and accurate capturing of both discontinuous and continuous flow features. Mathematically, fundamental mechanism of oscillation-control in multiple dimensions has been established by satisfaction of the maximum principle. The MLP limiting strategy is extended into DG framework, which takes advantage of higher-order reconstruction within compact stencil, to capture detailed flow structures very accurately. At the present, it is observed that the proposed approach yields outstanding performances in resolving non-compressive as well as compressive flaw features. In the presentation, further numerical analyses and results are going to be presented to validate that the newly developed DG-MLP methods provide quite desirable performances in controlling numerical oscillations as well as capturing key flow features.
In this paper, we introduce fully discrete mixed discontinuous Galerkin approximations for parabolic problems. And we analyze the error estimates in $l^{\infty}(L^2)$ norm for the primary variable and the error estimates in the energy norm for the primary variable and the flux variable.
We consider a model of population dynamics whose mortality function is unbounded. We note that the regularity of the solution depends on the growth rate of the mortality near the maximum age. We propose Gauss-Legendre methods along the characteristics to approximate the solution when the solution is smooth enough. It is proven that the scheme is convergent at fourth-order rate in the maximum norm. We also propose discontinuous Galerkin finite element methods to approximate the solution which is not smooth enough. The stability of the method is discussed. Several numerical examples are presented.
The Cahn-Hilliard equation is modeled to describe the dynamics of phase separation in glass and polymer systems. A priori error estimates for the Cahn-Hilliard equation have been studied by the authors. In order to control accuracy of approximate solutions, a posteriori error estimation of the Cahn-Hilliard equation is obtained by discontinuous Galerkin method.
Considerable efforts are required to develop a monotone, robust and stable high-order numerical scheme for solving the hyperbolic system. The discontinuous Galerkin(DG) method is a natural choice, but elimination of the spurious oscillations from the high-order solutions demands a new development of proper limiters for the DG method. There are several available limiters for controlling or removing unphysical oscillations from the high-order approximate solution; however, very few studies were directed to analyze the exact role of the limiters in the hyperbolic systems. In this study, the performance of the several well-known limiters is examined by comparing the high-order($p^1$, $p^2$, and $p^3$) approximate solutions with the exact solutions. It is shown that the accuracy of the limiter is in general problem-dependent, although the Hermite WENO limiter and maximum principle limiter perform better than the TVD and generalized moment limiters for most of the test cases. It is also shown that application of the troubled cell indicators may improve the accuracy of the limiters under some specific conditions.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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