Numerical study of some iterative solvers for acoustics in unbounded domains

Abstract

International audience The aim of this paper is to study some iterative methods, based on the domain decomposition approach to solve the acoustic harmonic wave propagation in an unbounded domain. We describe how our methodology applies to semi-infinite closed guides and to acoustic scattering problems. In both cases, we use some well-known transparent boundary conditions by imposing on a fictitious boundary a boundary condition by the means of a Fourier expansion. For numerical purposes, we propose an original algorithm based on a fixed-point technique applied to the problem set in the truncated domain. We will interprate this method as a domain decomposition solver which allows to state convergence results. The improvement brought by this method is a consequence of the sparsity presentation of the finite matrix system which is decomposed only once. L'objectif de cet article est de présenter et d'étudier quelques méthodes itératives, utilisant les méthodes de décomposition de domaine pour la propragation d'onde acoustiques harmoniques en domaine extérieur. On développe notre méthode dans le cas d'un guide infini dans une direction et celui du problème de diffraction par un obstacle. Dans les deux cas, on utilise des conditions aux limites transparentes connues, qui imposent sur une frontière fictive une condition aux limites utilisant un développement en série de Fourier. En vue de la mise en oeuvre numérique, on propose un algorithme original, obtenu en appliquant la méthode des itérations successives au problème posé dans le domaine tronqué. Notre méthode sera interprétée comme une méthode de décomposition de domaines, ce qui permettra son étude de convergence. Les avantages de cette méthode résident dans la conservation de la structure creuse de la matrice éléments finis et la possibilité de la factoriser une fois pour toute au cours des itérations.