We design a virtual element method for the numerical treatment of the two-dimensional parabolic variational inequality problem on unstructured polygonal meshes. Due to the expected low regularity of the exact solution, the virtual element method is based on the lowest-order virtual element space that contains the subspace of the linear polynomials defined on each element. The connection between the nonnegativity of the virtual element functions and the nonnegativity of the degrees of freedom, i.e., the values at the mesh vertices, is established by applying the Maximum and Minimum Principle Theorem. The mass matrix is computed through an approximate L 2 polynomial projection, whose properties are carefully investigated in the paper. We prove the well-posedness of the resulting scheme in two different ways that reveal the contractive nature of the VEM and its connection with the minimization of quadratic functionals. The convergence analysis requires the existence of a nonnegative quasi-interpolation operator, whose construction is also discussed in the paper. The variational crime introduced by the virtual element setting produces five error terms that we control by estimating a suitable upper bound. Numerical experiments confirm the theoretical convergence rate for the refinement in space and time on three different mesh families including distorted squares, nonconvex elements, and Voronoi tesselations.


翻译:我们设计了一种虚拟元素方法,用于对非结构化多边形网外外线的二维抛物体变异性问题进行数字处理。由于预计精确溶液的规律性较低,虚拟元素方法以包含每个元素定义的线性多面体的子空间的最低顺序虚拟元素空间为基础。虚拟元素函数的不增强性和自由度的不增强性之间的联系,即网状脊椎的值,是通过应用最大和最低原则理论来确定的。质量矩阵通过大约L 2多面体投影计算,其特性在文件中经过仔细调查。我们用两种不同的方式证明由此产生的方案的良好性,揭示了VEM的契约性及其与最小化四面体功能的联系。趋同分析要求存在一个非消极的准内插操作器,其构造也在文件中讨论。通过虚拟元素设定的变异性犯罪生成了五个错误条件,我们通过估算适当的空间趋同率和上层平面磁力模型来控制对三层空间相趋同的模型进行精确的精确性实验,其中包括我们用来测定一个适当的空间相趋近的磁带。

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