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基于 H2-矩阵有限元微磁学中大规模静磁场计算

数值分析 2019-03-27 v2

摘要

微磁模拟中的静磁场计算可能在数值上代价高昂,尤其在大规模有限元模拟的情形下。Fredkin & Koehler 建立的有限元/边界元法(FEM/BEM)涉及一个稠密填充的矩阵,对于具有大量自由度 NN 的问题其数值代价不可接受。通过使用 H2\mathcal{H}^2 类型的层次矩阵,我们表明 FEM/BEM 方法的内存需求可大幅降低,有效地将该问题的二次复杂度 O(N2)\mathcal{O}(N^2) 转化为线性复杂度 O(N)\mathcal{O}(N)。在具有超过 10610^6 自由度的测试用例中,我们获得了近 99%99\% 的矩阵规模缩减,并通过与解析值比较检验了计算得到的静磁能值。H2\mathcal{H}^2-矩阵压缩的效率为微磁建模中的大规模静磁场计算开辟了道路,同时保持了既有 FEM/BEM 形式的精度。

关键词

引用

@article{arxiv.1811.05731,
  title  = {Large-scale magnetostatic field calculation in finite element micromagnetics with H2-matrices},
  author = {Riccardo Hertel and Sven Christophersen and Steffen Börm},
  journal= {arXiv preprint arXiv:1811.05731},
  year   = {2019}
}