We present a cut finite element method for the heat equation on two overlapping meshes. By overlapping meshes we mean a mesh hierarchy with a stationary background mesh at the bottom and an overlapping mesh that is allowed to move around on top of the background mesh. Overlapping meshes can be used as an alternative to costly remeshing for problems with changing or evolving interior geometry. In this paper the overlapping mesh is prescribed a cG(1) movement, meaning that its location as a function of time is continuous and piecewise linear. For the discrete function space, we use continuous Galerkin in space and discontinuous Galerkin in time, with the addition of a discontinuity on the boundary between the two meshes. The finite element formulation is based on Nitsche's method and also includes an integral term over the space-time boundary that mimics the standard discontinuous Galerkin time-jump term. The cG(1) mesh movement results in a space-time discretization for which existing analysis methodologies either fail or are unsuitable. We therefore propose, to the best of our knowledge, a new energy analysis framework that is general and robust enough to be applicable to the current setting$^*$. The energy analysis consists of a stability estimate that is slightly stronger than the standard basic one and an a priori error estimate that is of optimal order with respect to both time step and mesh size. We also present numerical results for a problem in one spatial dimension that verify the analytic error convergence orders. $*$ UPDATE and CORRECTION: After this work was made public, it was discovered that the core components of the new energy analysis framework seemed to have been discovered independently by us and Cangiani, Dong, and Georgoulis in [1].


翻译:在两个重叠的间距上,我们为热方程式提出了一个剪切的限定元素方法。 重叠的间距是指一个带有固定底底底底底底底底底底底底底底底底底底底底线的网格和允许在背景网底顶部移动的重叠网格。 重叠的网格可以用来替代变化或演变内部几何中的问题。 在本文中, 重叠的网格是一个 cG(1) 的移动, 意味着它作为时间函数的位置是连续的、 片断的线性。 对于离散的功能空间空间, 我们使用连续的Galerkin在空间和不连续的Gaurerkin在时间上使用连续的网格结构, 加上两个间间边框之间的不连续性。 以 Nitsche's 的方法为基础, 重叠的网格 meshs 也可以包括一个对空间时界的内不连续的重重重重重重重重重重重重重重置的网格内内积积积积积积积积积积积积的内基内积积积积积积内。 我们提议一个新的能源分析框架, 一个比一个更坚固的内基的内基的内基的内基的内基的内基的内基的内基的内基的节积的内基的节积积的内基内基的内基的内基底的内的内的内基的内基的内,, 的内的内定的内的内和内积积积积积是 的内基的内比, 一个比的内的内的内的内的内的内的内的内基的内的内的内的内的内定的内的内的内的内的内的内的内的内的内定的内的内的内的内的内的内的内的内的内的内的内的内的内和内的内部的内的内的内部的内部的内部的内部的内部的内和内的内部的内部的内的内的内的内的内的内, 的内的内的内的内的内的内, 和内部的内部的内部的内部的内部的内部的内部的内,

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