Zugl.: Stuttgart, Univ., Diss., 2004.

University, Diss., 2006--Augsburg.

Techn. Universiẗat, Diss., 2006--Chemnitz.

Stuttgart, Univ., Diss., 2006.

The paper deals with a combination of the Fourier-finite-element method with the Nitsche-finite-element method (as a mortar method). The approach is applied to the Dirichlet problem of the Poisson equation in three-dimensional axisymmetric domains $\widehat\Omega$ with non-axisymmetric data. The approximating Fourier method yields a splitting of the 3D-problem into 2D-problems. For solving the 2D-problems on the meridian plane $\Omega_a$, the Nitsche-finite-element method with non-matching meshes is applied. Some important properties of the approximation scheme are derived and the rate of convergence in some $H^1$-like norm is proved to be of the type ${\mathcal O}(h+N^{-1})$ ($h$: mesh size on $\Omega_a$, $N$: length of the Fourier sum) in case of a regular solution of the boundary value problem. Finally, some numerical results are presented.

Zugl.: Stuttgart, Univ., Diss., 2007.

The paper is concerned with the Nitsche mortaring in the framework of domain decomposition where non-matching meshes and weak continuity of the finite element approximation at the interface are admitted. The approach is applied to singularly perturbed reaction-diffusion problems in 2D. Non-matching meshes of triangles being anisotropic in the boundary layers are applied. Some properties as well as error estimates of the Nitsche mortar finite element schemes are proved. In particular, using a suitable degree of anisotropy of triangles in the boundary layers of a rectangle, we derive convergence rates as known for the conforming finite element method in presence of regular solutions. Numerical examples illustrate the approach and the results.

The paper is concerned with the Nitsche mortaring in the framework of domain decomposition where non-matching meshes and weak continuity of the finite element approximation at the interface are admitted. The approach is applied to singularly perturbed reaction-diffusion problems in 2D. Non-matching meshes of triangles being anisotropic in the boundary layers are applied. Some properties as well as error estimates of the Nitsche mortar finite element schemes are proved. In particular, using a suitable degree of anisotropy of triangles in the boundary layers of a rectangle, we derive convergence rates as known for the conforming finite element method in presence of regular solutions. Numerical examples illustrate the approach and the results.

Viele technische Prozesse führen auf Randwertprobleme mit partiellen Differentialgleichungen, die mit Finite-Elemente-Methoden näherungsweise gelöst werden können. Spezielle Varianten dieser Methoden sind Finite-Elemente-Mortar-Methoden. Sie erlauben das Arbeiten mit an Teilgebietsschnitträndern nichtzusammenpassenden Netzen, was für Probleme mit komplizierten Geometrien, Randschichten, springenden Koeffizienten sowie für zeitabhängige Probleme von Vorteil sein kann. Ebenso können unterschiedliche Diskretisierungsmethoden in den einzelnen Teilgebieten miteinander gekoppelt werden. In dieser Arbeit wird das Finite-Elemente-Mortaring nach einer Methode von Nitsche für elliptische Randwertprobleme auf zweidimensionalen polygonalen Gebieten untersucht. Von besonderem Interesse sind dabei nichtreguläre Lösungen (u \in H^{1+\delta}(\Omega), \delta>0) mit Eckensingularitäten für die Poissongleichung sowie die Lamé-Gleichung mit gemischten Randbedingungen. Weiterhin werden singulär gestörte Reaktions-Diffusions-Probleme betrachtet, deren Lösungen zusätzlich zu Eckensingularitäten noch anisotropes Verhalten in Randschichten aufweisen. Für jede dieser drei Problemklassen wird das Nitsche-Mortaring dargelegt. Es werden einige Eigenschaften der Mortar-Diskretisierung angegeben und a-priori-Fehlerabschätzungen in einer H^1-artigen sowie der L_2-Norm durchgeführt. Auf lokal verfeinerten Dreiecksnetzen können auch für Lösungen mit Eckensingularitäten optimale Konvergenzordnungen nach gewiesen werden. Bei den Lösungen mit anisotropen Verhalten werden zusätzlich anisotrope Dreiecksnetze verwendet. Es werden auch hier Konvergenzordnungen wie bei klassischen Finite-Elemente-Methoden ohne Mortaring erreicht. Numerische Experimente illustrieren die Methode und die Aussagen zur Konvergenz.

The paper deals with a combination of the Fourier-finite-element method with the Nitsche-finite-element method (as a mortar method). The approach is applied to the Dirichlet problem of the Poisson equation in three-dimensional axisymmetric domains $\widehat\Omega$ with non-axisymmetric data. The approximating Fourier method yields a splitting of the 3D-problem into 2D-problems. For solving the 2D-problems on the meridian plane $\Omega_a$, the Nitsche-finite-element method with non-matching meshes is applied. Some important properties of the approximation scheme are derived and the rate of convergence in some $H^1$-like norm is proved to be of the type ${\mathcal O}(h+N^{-1})$ ($h$: mesh size on $\Omega_a$, $N$: length of the Fourier sum) in case of a regular solution of the boundary value problem. Finally, some numerical results are presented.