Augmented Galerkin schemes for the numerical solution of scattering by small obstacles
may, 2007
Publication type:
Research report
External link:
Keywords :
WIRE/SMALL OBSTACLE/SCATTERING/FINITE ELEMENT/HOLLAND MODEL/SINGULAR FUNCTION METHOD/HELHOLTZ EQUATION
Abstract:
In the context of electromagnetic wave propagation, we wish to adress
the scattering problem from perfectly conducting thin wires. For
numerical simulations, assuming
their thickness to be much smaller than the wavelength of the
incident field, it is not possible to take these obstacles into
account without encountering problems of numerical locking.\\
\quad The Holland model, widely used in finite difference schemes, provides
a pragmatic solution to this problem, by modifying the numerical
scheme on vertices located in the neighbourhood of the wires. So far
this model has not received any real theoretical justification, and
involves a parameter, named lineic inductance,
which is to be chosen on the basis of heuristic considerations.\\
\quad We are interested in the simplified problem of a bidimensional acoustic wave
propagation in a medium including a small obstacle with homogeneous
Dirichlet boundary condition. We present and analyse a numerical scheme suitable
for finite elements that does not suffer from numerical locking, and
takes the presence of the small obstacle into account. It is based on
a combination between the fictitious domain method and matched
asymptotic expansions. This results into a systematic generalization
to the Holland model including an automatic computation of the
lineic inductance. Our analysis leads to the first (to our knowledge)
justification of this type of model.
Abstract (translation) :
Dans le contexte de la propagation des ondes
electromagnétiques, nous nous intéressons au problème de diffraction
par des fils minces parfaitement conducteurs. Si l'on suppose que leur
épaisseur est bien plus petite que la longueur d'onde caractéritique
de l'onde incidente, il n'est pas posible de prendre en compte des
fils minces sans faire face à un problème de verrouillage numérique.\\
Le modèle de Holland, largement utilisé dans les codes différences
finis, fournit une solution pragmatique à ce problème, en modifiant le
schéma numérique sur quelques noeuds du maillage avoisinant les
fils. Jusqu'à présent ce modèle n'a pas re\c cu de justification
théorique solide, et il implique un paramètre appelé l'inductance
linéique, qu'il doit être choisi suivant des considértions
heuristiques.\\
\quad Nous nous intéressons ici au problème modèle de la diffraction acourtique par un
petit obstacle, avec condition de Dirichlet au bord, en deux
dimensions dans un milieu homogène. Nous présentons et analysons
un schéma numérique qui est compatible avec les méthodes éléments finis
standards (sans raffinement de maillage) et ne souffre de verrouillage numérique. Ce schéma mélange
des techniques d'analyse asymptotique avec une formulation de type
domaine fictif. Suivant les résultats que nous démontrons sur ce
schéma, nous aboutissons à une généralisation du modèle de Holland
et à un calcul automatique de l'inductance linéique. Notre analyse
amène, à notre connaissance, à la première justification théorique de
ce type de modèle.
BibTeX:
@techreport{Cla-Col-2007-2, author={Xavier Claeys and Francis Collino }, title={Augmented Galerkin schemes for the numerical solution of scattering by small obstacles }, year={2007 }, month={5}, }