POEMS Seminar on Domain Decomposition

Event type:
Seminar
Start at:
january 31, 2019
Responsible team:
POEMS
Title:
POEMS Seminar on Domain Decomposition
Detail:

14h00 : Gwénaël Gabard, Une méthode de décomposition de domaines pour la propagation acoustique avec écoulement

La simulation de la propagation d'ondes acoustiques dans un écoulement est nécessaire pour des applications comme le rayonnement sonore des turboréacteurs. Ce type de simulations, réalisées généralement dans le domaine fréquentiel, requiert beaucoup de mémoire. Pour réduire les coûts de calcul nous utilisons l'approche FETI (Finite Element Tearing and Interconnecting) développée principalement pour les équations de Helmholtz et de Maxwell. Le domaine de calcul est composé de plusieurs sous-domaines dans lesquels les équations discrétisées sont résolues à l'aide d'une méthode directe. Les interactions entre sous-domaines sont régies par un problème global formulé par le biais de multiplicateurs de Lagrange et résolu de manière itérative. Deux aspects seront considérés plus en détails dans cette présentation.

Le premier aspect est la formulation de la méthode FETI pour la propagation acoustique dans les écoulements potentiels. Cela implique la mise en place de conditions de transmission entre sous-domaines applicables au cas avec écoulement. L'influence de cet écoulement sur le comportement de la résolution itérative du problème global est analysée.

Le second aspect concerne la combinaison de la méthode FETI avec une méthode d'éléments finis d'ordres élevés. Nous considérerons l'impact de l'ordre d'approximation sur la convergence du problème itératif global.

15h30 : Marcella Bonazzolli, Two-level domain decomposition preconditioners for the time-harmonic Maxwell equations

The construction of efficient iterative solvers for the time-harmonic Maxwell equations at high-frequency is a challenging problem. Some of the difficulties that arise are similar to those encountered in the case of the Helmholtz equation. Here we investigate how two-level domain decomposition preconditioners recently proposed for the Helmholtz equation work in the Maxwell case, both from the theoretical and numerical points of view.

We develop a new theory for the time-harmonic Maxwell equations with absorption, which physically corresponds to the case of dissipative materials with non zero conductivity. This theory provides rates of convergence for GMRES with a two-level overlapping Additive Schwarz (AS) preconditioner, explicit in the wavenumber, the absorption, the coarse-grid diameter, the subdomain diameter and the overlap size. In particular, if the absorption is large enough, and if the subdomain and coarse mesh diameters are chosen appropriately, GMRES preconditioned with the two-level domain decomposition preconditioner converges in a wavenumber-independent number of iterations. The theory is based on a coercivity result for the sesquilinear form of the problem with absorption and the main theorems give an upper bound on the norm of the preconditioned matrix and a lower bound on its field of values, so that Elman-type estimates for the convergence of GMRES can be applied.

Extensive large scale numerical experiments are carried out not only in the setting covered by the theory, but also for the time-harmonic Maxwell equations without absorption, and with more efficient two-level preconditioners, considering for instance impedance transmission conditions at interfaces between subdomains. The numerical results include an example arising from microwave medical imaging for the detection of brain strokes, which shows the robustness of the preconditioner against heterogeneity.