The aim of this work is to introduce and analyze a finite element discontinuous Galerkin method on polygonal meshes for the numerical discretization of acoustic waves propagation through poroelastic materials. Wave propagation is modeled by the acoustics equations in the acoustic domain and the low-frequency Biot's equations in the poroelastic one. The coupling is introduced by considering (physically consistent) interface conditions, imposed on the interface between the domains, modeling both open and sealed pores. Existence and uniqueness is proven for the strong formulation based on employing the semigroup theory. For the space discretization we introduce and analyze a high-order discontinuous Galerkin method on polygonal and polyhedral meshes, which is then coupled with Newmark-$\beta$ time integration schemes. A stability analysis both for the continuous problem and the semi-discrete one is presented and error estimates for the energy norm are derived for the semidiscrete problem. A wide set of numerical results obtained on test cases with manufactured solutions are presented in order to validate the error analysis. Examples of physical interest are also presented to test the capability of the proposed methods in practical cases.


翻译:这项工作的目的是在多边形模子中引入和分析一种有限元素不连续的Galerkin方法,用于通过孔径弹性材料对声波传播的声波的数分化。波波传播以声频域的声方程式和孔径弹性1中的低频Biot方程式为模型。结合是通过考虑(物理上一致的)接口条件、对域际界面施加的(开放和密封孔径的模型和密封孔径的)接口条件来引入和分析的。在采用半组理论的基础上对强烈的配方证明存在和独特性。关于空间分解,我们引入和分析关于多角和多角和多光度藻的高度顺序不连续的Galerkin方法,然后与新马克-$\beta美元的时间集成计划相结合。对连续问题和半分解的接口条件进行了稳定分析,为半分解问题得出能源规范的误差估计值。在采用半分解法的测试案例中获得的一组广泛的数字结果,以便验证误差分析。还介绍了实际兴趣的例子,用以测试拟议方法的能力。

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