This paper considers the discretization of the Stokes equations with Scott--Vogelius pairs of finite element spaces on arbitrary shape-regular simplicial grids. A novel way of stabilizing these pairs with respect to the discrete inf-sup condition is proposed and analyzed. The key idea consists in enriching the continuous polynomials of order $k$ of the Scott--Vogelius velocity space with appropriately chosen and explicitly given Raviart--Thomas bubbles. This approach is inspired by [Li/Rui, IMA J. Numer. Anal, 2021], where the case $k=1$ was studied. The proposed method is pressure-robust, with optimally converging $\boldsymbol{H}^1$-conforming velocity and a small $\boldsymbol{H}(\mathrm{div})$-conforming correction rendering the full velocity divergence-free. For $k\ge d$, with $d$ being the dimension, the method is parameter-free. Furthermore, it is shown that the additional degrees of freedom for the Raviart--Thomas enrichment and also all non-constant pressure degrees of freedom can be condensated, effectively leading to a pressure-robust, inf-sup stable, optimally convergent $\boldsymbol{P}_k \times P_0$ scheme. Aspects of the implementation are discussed and numerical studies confirm the analytic results.


翻译:本文考虑Stokes 方程式与 Scott- Vogelius 方程式的离散式 { 与 Scott- Vogelius 方程式的固定元素空间在任意的形状常规简化网格上的定点空间。 提议并分析一种与离散的内嵌条件有关的稳定这些对配方的新方法。 关键的想法是用适当选择并明确给予Raviart- Thomas 气泡来丰富Scott- Vogelius 方程式的连续多数值 美元 。 这个方法受到 [Li/ Rui, IMA J. Numer. Anal, 20211] 的启发, 其中对案件进行了研究 $k=1$。 提议的方法是压力- robbt, 最优化的组合速度=1$\ $\\\\ $- $ 美元, 组合速度和小的组合校正的校正校正校校校校校校校校校校校校,, 最自由度的公式和最自由度也是最高水平, 它显示, 最自由度为不折的自由度, 最自由度, 直度, 最自由的数值- 直级的数值- 和最自由级的数值- 直度, 直级的内, 直级的校正的校正的校正的校正。

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