Elliptic interface problems whose solutions are $C^0$ continuous have been well studied over the past two decades. The well-known numerical methods include the strongly stable generalized finite element method (SGFEM) and immersed FEM (IFEM). In this paper, we study numerically a larger class of elliptic interface problems where their solutions are discontinuous. A direct application of these existing methods fails immediately as the approximate solution is in a larger space that covers discontinuous functions. We propose a class of high-order enriched unfitted FEMs to solve these problems with implicit or Robin-type interface jump conditions. We design new enrichment functions that capture the imposed discontinuity of the solution while keeping the condition number from fast growth. A linear enriched method in 1D was recently developed using one enrichment function and we generalized it to an arbitrary degree using two simple discontinuous one-sided enrichment functions. The natural tensor product extension to the 2D case is demonstrated. Optimal order convergence in the $L^2$ and broken $H^1$-norms are established. We also establish superconvergence at all discretization nodes (including exact nodal values in special cases). Numerical examples are provided to confirm the theory. Finally, to prove the efficiency of the method for practical problems, the enriched linear, quadratic, and cubic elements are applied to a multi-layer wall model for drug-eluting stents in which zero-flux jump conditions and implicit concentration interface conditions are both present.


翻译:在过去二十年中,对以C$0美元为连续解决方案的椭圆界面问题进行了认真研究。众所周知的数字方法包括强稳的通用限量元素法(SGFEM)和沉浸的FEM(IFEM)。在本文件中,我们从数字上研究一个更大的椭圆界面问题类别,因为其解决方案不连续。这些现有方法的直接应用立即失败,因为其近似解决方案是在涵盖不连续功能的更大空间中。我们建议用一种高阶浓缩不合格的FEM(高阶)来用隐性或罗宾式界面跳跃条件解决这些问题。我们设计了新的浓缩功能,在保持条件数的快速增长的同时,捕捉到解决方案的不连续的不连续的有限部分(SGFEM),在1D中,一种线性浓缩方法最近用一种线性方法开发出来,在两个简单的不连续的单面浓缩功能中,我们将其普遍化为任意性。向2D案例展示了天然的抗震动产品扩展。在模型中,美元为2美元,美元和折断的双向双向的双向式双向式的双向的双向式结构,在特殊的例子中确认了当前和双向的递化的递增法。</s>

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