We develop a mixed finite element domain decomposition method on non-matching grids for the Biot system of poroelasticity. A displacement-pressure vector mortar function is introduced on the interfaces and utilized as a Lagrange multiplier to impose weakly continuity of normal stress and normal velocity. The mortar space can be on a coarse scale, resulting in a multiscale approximation. We establish existence, uniqueness, stability, and error estimates for the semidiscrete continuous-in-time formulation under a suitable condition on the richness of the mortar space. We further consider a fully-discrete method based on the backward Euler time discretization and show that the solution of the algebraic system at each time step can be reduced to solving a positive definite interface problem for the composite mortar variable. A multiscale stress-flux basis is constructed, which makes the number of subdomain solves independent of the number of iterations required for the interface problem, as well as the number of time steps. We present numerical experiments verifying the theoretical results and illustrating the multiscale capabilities of the method for a heterogeneous benchmark problem.


翻译:我们开发了一种混合的有限元素域分解方法,用于不匹配的孔径弹性生物系统网格。在界面上引入了离位压力传导迫击炮功能,并用作拉格朗变异器,以造成正常应力和正常速度的微弱连续性。迫击炮空间可以是一个粗糙的规模,导致一个多尺度近距离。我们根据迫击炮空间的丰富程度,在适当的条件下,为半分解连续时间配制确定存在、独特性、稳定性和误差估计数。我们进一步考虑一种完全分解的方法,其基础是后向电极时间分解,并表明在每一个阶段都可缩小代数系统的解决办法,以便为综合迫击炮变量解决一个肯定的相交点问题。构建了一个多尺度的压力-通度基础,使子域解决办法的数量独立于接口问题所需的迭代数以及时间步骤的数目。我们提出数字实验,以核实理论结果,并表明不同基准问题所用方法的多尺度能力。

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