This paper presents a methodology to construct a divergence-free polynomial basis of an arbitrary degree in a simplex (triangles in 2D and tetrahedra in 3D) of arbitrary dimension. It allows for fast computation of all numerical solutions from degree zero to a specified degree \textit{k} for certain PDEs. The generated divergence-free basis is orthonormal, hierarchical, and robust in finite-precision arithmetic. At the core is an Arnoldi-based procedure. It constructs an orthonormal and hierarchical basis for multi-dimensional polynomials of degree less than or equal to \textit{k}. The divergence-free basis is generated by combining these polynomial basis functions. An efficient implementation of the hybridized BDM mixed method is developed using these basis functions. Hierarchy allows for incremental construction of the global matrix and the global vector for all degrees (zero to \textit{k}) using the local problem solution computed just for degree \textit{k}. Orthonormality and divergence-free properties simplify the local problem. PDEs considered are Helmholtz, Laplace, and Poisson problems in smooth domains and in a corner domain. These advantages extend to other PDEs such as incompressible Stokes, incompressible Navier-Stokes, and Maxwell equations.
翻译:本文展示了一种方法, 用来在任意尺寸的简单x( 2D 和 3D 中的四面形三角形三角形的三角形) 中构建一个任意度的无差异多元度基础。 它可以快速计算从零度到特定程度的所有数字解决方案。 对于某些 PDE 来说, 生成的无差异基础是正态、 等级和强度的有限精度计算。 核心是一个基于 Arnoldi 的程序 。 它为多维多元度的多元度( 度小于或等于\ textit{k} ) 构建一个正态和等级基础基础基础。 将这些多元基基值功能合并产生无差异基础基础。 使用这些基值函数来开发混合的 BDM 混合法的高效实施。 固态允许在各种度( 零到 textitilitititle{k} 中, 使用仅根据度计算的本地问题解决方案来构建全球矩阵和全球矢量( textitititivk{k} 。 。 常规和无差异的特性和无差异属性属性性属性将本地问题简化本地的 Pal- deal- 的域域域域域、 的Slooms 、 、 、 、 和 Clooms 的 和 Crosds 、 、 、 、 、 和 Cors 和 Corstlobs 的 的 的 的 、 、 、 、 、 、 、 、 和 Coral- slods- slodal- 、 、 、 、 、 、 、 、 、 、 、 、 、 、 、 、 、 、 、 、 、 和 、 、 、 、 、 、 、 、 、 、 、 、 、 、 、 、 和 、 、 、 、 、 、 、 、 、 、 、 、 、 、 、 、 、 、 、 、 、 、 、 、 和 、 和 和 和 、 、 、 、 和 和 等、 等、