Curvilinear, multiblock summation-by-parts finite difference operators with the simultaneous approximation term method provide a stable and accurate framework for solving the wave equation in second order form. That said, the standard method can become arbitrarily stiff when characteristic boundary conditions and nonlinear interface conditions are used. Here we propose a new technique that avoids this stiffness by using characteristic variables to "upwind" the boundary and interface treatment. This is done through the introduction of an additional block boundary displacement variable. Using a unified energy, which expresses both the standard as well as characteristic boundary and interface treatment, we show that the resulting scheme has semidiscrete energy stability for the scalar anisotropic wave equation. The theoretical stability results are confirmed with numerical experiments that also demonstrate the accuracy and robustness of the proposed scheme. The numerical results also show that the characteristic scheme has a time step restriction based on standard wave propagation considerations and not the boundary closure.


翻译: curvilinear, 多区块加起来, 以同步近似值计算, 多区段差运算符提供了以第二顺序形式解决波形方程式的稳定和准确的框架。 也就是说, 当使用特定的边界条件和非线性界面条件时, 标准方法会变得任意僵硬。 我们在这里提出一种新的方法, 通过使用特定的变量来“ 上风” 边界和界面处理来避免这种僵硬性。 这是通过引入额外的块状边界移位变量来完成的。 使用一个表示标准以及特征边界和界面处理的统一能源, 我们显示由此形成的方案为 scalar anisotropic 波形方程式提供了半分异能量稳定性。 理论稳定性的结果会得到数字实验的证实, 同时也证明了拟议办法的准确性和稳健性。 数字结果还表明, 特性方案基于标准波浪传播考虑而不是边界关闭而有时间级限制。

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