This article studies structure-preserving discretizations of Hilbert complexes with nonconforming (broken) spaces that rely on projections onto an underlying conforming subcomplex. This approach follows the conforming/nonconforming Galerkin (CONGA) method introduced in [doi.org/10.1090/mcom/3079, doi.org/10.5802/smai-jcm.20, doi.org/10.5802/smai-jcm.21] to derive efficient structure-preserving schemes for the time-dependent Maxwell and Maxwell-Vlasov systems by relaxing the curl-conforming constraint in finite element exterior calculus (FEEC) spaces. Here it is extended to the discretization of full Hilbert complexes with possibly nontrivial harmonic fields, and the properties of the resulting CONGA Hodge Laplacian operator are investigated. By using block-diagonal mass matrices which may be locally inverted, this framework possesses a canonical sequence of dual commuting projection operators which are local, and it naturally yields local discrete coderivative operators, in contrast to conforming FEEC discretizations. The resulting CONGA Hodge Laplacian operator is also local, and its kernel consists of the same discrete harmonic fields as the underlying conforming operator, provided that a symmetric stabilization term is added to handle the space nonconformities. Under the assumption that the underlying conforming subcomplex admits a bounded cochain projection, and that the conforming projections are stable with moment-preserving properties, a priori convergence results are established for both the CONGA Hodge Laplace source and eigenvalue problems. Our theory is illustrated with a spectral element method, and numerical experiments are performed which corroborate our results. Applications to spline finite elements on multi-patch mapped domains are described in a related article [arXiv:2208.05238] for which the present work provides a theoretical background.


翻译:此文章研究结构, 将希尔伯特综合体与不兼容( 碎裂) 空间的离散性保存成高效的结构保存机制, 其依据是预测到一个基本相容的亚复合体。 此方法遵循了在 [doi.org/ 10.1090/ com/ 3079, doi. 10. 5802/ smai- jcm.20, doi.org/ 10. 5802/ smai- jcm.21] 中引入的符合/ 不兼容的 Galerkin (CONGA) 方法, 以获得高效的结构保存机制, 用于基于时间的 Maxwell 和 Maxwell- Vlasov 系统, 其方法是放松对内端的直线( curil- confility) 的调节调节限制。 此处扩展为完整的Hilbert综合体( 可能不是三角体的), 并使用直径直线的直径直径的直径直径直流的直径直径直径直径直径直径直径直径直径直径直径直径直的直径直径直径直径直径直径直径直径直的操作器, 。 这个框架由直的离直径直直直的直的直的直直直直直直直直的直直直直直直直直向直向下向下向下直的直的直直直直向直向下向下向下向下向下直向下向下直向下向下向下向下直向下向下向下向下向下向下向下向下向下向下向下方向向下向下向下向下方向向下向下向下向下向下向下向下向下向下向下向下向下向下向下向下向下向下向下向下向下向下向下向下向下向下向下向下向下向下向下向下向下向下向下向下向下向下向下向下向下向下向下向下向下向下向下向下向下向下向下向下向下向下向下向下向下向下向下向下向下向下向下向下向下向下向下向下

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