We propose an Eulerian-Lagrangian (EL) Runge-Kutta (RK) discontinuous Galerkin (DG) method for wave equations. The method is designed based on the ELDG method for transport problems [J. Comput. Phy. 446: 110632, 2021.], which tracks solution along approximations to characteristics in the DG framework, allowing extra large time stepping sizes with stability. The wave equation can be written as a first order hyperbolic system. Considering each characteristic family, a straightforward application of ELDG will be to transform to the characteristic variables, evolve them on associated characteristic related space-time regions, and transform them back to the original variables. However, the mass conservation could not be guaranteed in a general setting. In this paper, we formulate a mass conservative semi-discrete ELDG method by decomposing each variable into two parts, each of them associated with a different characteristic family. As a result, four different quantities are evolved in EL fashion and recombined to update the solution. The fully discrete scheme is formulated by using method-of-lines RK methods, with intermediate RK solutions updated on the background mesh. Numerical results on 1D and 2D wave equations are presented to demonstrate the performance of the proposed ELDG method. These include the high order spatial and temporal accuracy, stability with extra large time stepping size, and mass conservative property.


翻译:我们为波形方程式建议了Eulerian-Lagrangian(EL) Runge-Kutta(RK)不连续的Galerkin(DG)方法。该方法的设计基于ELDG的运输问题方法[J.Comput. Phy. 446: 110632, 2021.]。该方法将解决方案与DG框架中的特征相近,并允许额外的大时间跨步尺寸稳定。波方程式可以写成第一个命令双曲系统。考虑到每个特性组,ELDG的简单应用将转换为特性变量,在相关的空间时段区域演进这些变量,并将其转换为原始变量。然而,质量保护不能在一般环境下得到保证。在本文中,我们通过将每个变量分解成两个部分,每个变量都与不同的特性相联。因此,四种不同数量以EL方式演变,并重新组合来更新解决方案。在完全离散的系统上,通过使用方法-D的特性相关特性相关空间时段的精确度区域,将其转换为原来的变量,而将其转换为原来的变量,但质量保护不能在总的设置中,在整体上,将这些稳定的半方向的运行的状态的状态将展示,将显示为1-RV的状态的状态的状态的状态,将显示。

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