Dispersion analysis of the discontinuous Galerkin method as applied to the equations of dynamic elasticity theory

Приводится дисперсионный анализ разрывного метода Галеркина в применении к системе уравнений динамической теории упругости. В зависимости от степени базисных полиномов рассматриваются P1-, P2- и P3-формулировки метода при использовании регулярной треугольной сетки. Показано, что для задач сейсмического моделирования оптимальной является P2-формулировка, поскольку сочетает в себе достаточную точность (численная дисперсия не выше 0.05% и вычислительную эффективность. Использование P1-формулировки приводит к недопустимо высокой численной дисперсии, в то время как P3-формулировка является чрезвычайно ресурсоемкой при использовании дискретизаций от 3 до 20 ячеек сетки на длину волны, типичной для сейсмического моделирования. The dispersion analysis of the discontinuous Galerkin method as applied to the equations of dynamic elasticity theory is performed. Depending on the degrees of basis polynomials, we consider the P1, P2, and P3 formulations of this method in the case of regular triangular meshes. It is shown that, for the problems of seismic modeling, the P2 formulation is optimal, since a sufficient accuracy (the numerical dispersion does not exceed 0.05%) and the computational efficiency are achieved. The application of the P1 formulation leads to an undesirably high numerical dispersion. The P3 formulation allows one to obtain accurate results, but its computational cost is very high when the number of grid cells per wavelength belongs to range between 3 and 20, which is typical for the seismic modeling.