An overlapped continuous model framework, for the Helmholtz wave propagation problem in unbounded regions comprising bounded heterogeneous media, was recently introduced and analyzed by the authors ({\tt J. Comput. Phys., {\bf 403}, 109052, 2020}). The continuous Helmholtz system incorporates a radiation condition (RC) and our equivalent hybrid framework facilitates application of widely used finite element methods (FEM) and boundary element methods (BEM), and the resulting discrete systems retain the RC exactly. The FEM and BEM discretizations, respectively, applied to the designed interior heterogeneous and exterior homogeneous media Helmholtz systems include the FEM and BEM solutions matching in artificial interface domains, and allow for computations of the exact ansatz based far-fields. In this article we present rigorous numerical analysis of a discrete two-dimensional FEM-BEM overlapped coupling implementation of the algorithm. We also demonstrate the efficiency of our discrete FEM-BEM framework and analysis using numerical experiments, including applications to non-convex heterogeneous multiple particle Janus configurations. Simulations of the far-field induced differential scattering cross sections (DSCS) of heterogeneous configurations and orientation-averaged (OA) counterparts are important for several applications, including inverse wave problems. Our robust FEM-BEM framework facilities computations of such quantities of interest, without boundedness or homogeneity or shape restrictions on the wave propagation model.


翻译:连续的Helmholtz系统包含辐射条件(RC)和我们的等效混合框架,有助于应用广泛使用的有限元素方法(FEM)和边界元素方法(BEM),由此产生的离散系统完全保留RC。FEM和BEM的离散化分别适用于设计的内部多元和外部均匀媒体(Helmholtz)系统,包括人造界面域中FEM和BEM解决方案匹配的FEM和BEM解决方案,并允许计算基于远域的准确的 ansatz 系统。在本篇文章中,我们介绍了对离散的二维FEM-BEM和边界元素组合应用的严格数字分析。我们还展示了我们离散的FEM-BEM的框架以及使用数字实验的效率,包括用于非convex的多颗粒质的Exmal化介质媒体的应用程序,以及用于FEM-S-Sal-Salal-Sal-Sal-Sal-Slational-FSlational-Sal-Slational-Simal-Slational-Slational Foral-I-Sal-Sal-Slation Froal-Slation-Slation FSlation FSlation-Slation FSlation-Slation-Slation-Slation-Slational-Sl)的多种结构框架。

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