It is well-known that reliable and efficient domain truncation is crucial to accurate numerical solution of most wave propagation problems. The perfectly matched layer (PML) is a method which, when stable, can provide a domain truncation scheme which is convergent with increasing layer width/damping. The difficulties in using the PML are primarily associated with stability, which can be present at the continuous level or be triggered by numerical approximations. The mathematical and numerical analysis of the PML for hyperbolic wave propagation problems has been an area of active research. It is now possible to construct stable and high order accurate numerical wave solvers by augmenting wave equations with the PML and approximating the equations using summation-by-parts finite difference methods, continuous and discontinuous Galerkin finite element methods. In this review we summarise the progress made, from mathematical, numerical and practical perspectives, point out some open problems and set the stage for future work. We also present numerical experiments of model problems corroborating the theoretical analysis, and numerical simulations of real-world wave propagation demonstrating impact. Stable and parallel implementations of the PML in the high performance computing software packages WaveQLab3D and ExaHyPE allow to sufficiently limit the computational domain of seismological problems with only a few grid points/elements around the computational boundaries where the PML is active, thus saving as much as $96\%$ of the required computational resources for a three space dimensional seismological benchmark problem.


翻译:众所周知,可靠而高效的域变宽对于准确数字解决大多数波波传播问题至关重要。极匹配的层(PML)是一种方法,在稳定的情况下,可以提供一个与层宽度/标记增加相融合的域变宽办法。使用PML的困难主要与稳定性有关,这种稳定性可以持续存在,也可以由数字近似值触发。对超曲波传播问题的PML的数学和数字分析是一个积极研究的领域。现在有可能通过增加波方程式和PML之间的波方程和接近方程式来建立稳定和高顺序准确的数字波解析器(PML),这种方法在稳定时,可以提供一种与层宽度差异方法相匹配的域解析办法。在本次审查中,我们从数学、数字和实践角度总结所取得的进展,指出一些尚未解决的问题,并为今后的工作工作奠定了基础。我们还对模拟问题的模型进行了实验,对真实世界波波传播的数值模拟显示了影响。Stable和平行对等方程式的等式等式方程式,使用有限方法,从而可以将PMLML三号的高级计算模型用于计算。

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