基于Gauss全局径向基函数的近岸浅水变形波高数值计算新方法

应用Gauss全局径向基函数来模拟波浪浅水变形波高变化方程中的未知函数,经实例分析探讨得到了一种可用于求解该方程数值解的新方法,并将其计算结果与常用数值分析方法得到的数值解相互对比印证,证明了基于Gauss全局径向基函数法计算结果的正确性.经验证,Gauss径向基函数法的平均计算误差相比其他方法均要小,表明该方法拥有更高的计算精度.同时,根据Gauss全局径向基函数的逼近结果,得出了浅水变形波高变化微分方程数值解的拟合函数,在实际工程中,可以利用该拟合函数来代替原方程的解析解,研究成果可为求解近岸浅水区域波浪运动提供一种新思路.     

结构动力响应中急动度的计算

急动度(jerk)在工程实践中具有重要的意义.将径向基函数逼近与配点法相结合,发展了一种能够有效求解动力响应的数值算法.该方法使用径向基函数插值来逼近真实的运动规律,能够用于急动度和急动度(三阶)方程的计算,弥补了传统的数值方法无法计算急动度的不足.并针对微分方程的特点,提出了改进的多变量联合插值函数,同时添加与微分方程同阶的初值条件,可显著减小数值震荡.算例表明,该方法具有计算过程简单、精度高的特点,同时对急动度方程也有很好的适用性.     

A Space-Time Polynomial Collocation Method for Solving 3D Burgers Equations北大核心CSCD

Burgers方程是一类应用广泛的非线性偏微分方程,方程中的非线性项难以处理。该文提出一种新的时空多项式配点法——多项式特解法求解三维Burgers方程。求解过程分为两步:第一步,对三维Burgers方程中的线性导数项(包括时间导数项),求出相应的多项式特解。第二步,将求出的多项式特解作为基函数,对三维Burgers方程中剩余的非线性项进行迭代求解。与时空多项式函数作为基函数对三维Burgers方程进行直接求解相比,该算法简单易行,得到的近似解精度非常高,算法极其稳定,对于教学过程中提高学生的编程能力,加深对高维Burgers方程的理解能力以及Burgers方程的实际应用具有重要意义。     

基于径向基函数逼近的非线性动力系统数值求解

径向基函数具有形式简单、各向同性等优点.将径向基函数逼近的思想与加权余量配点法相结合,借鉴边值问题的求解,构造了一种求解非线性动力系统初值问题的数值方法.分析了几种较为成熟的非线性动力系统数值求解方法的优缺点.给出了实际算例,与已有方法对比,表明该方法计算过程简单、收敛性好、计算精度高.     

土壤水流与溶质耦合运移问题的混合元-迎风广义差分法研究

本文研究了一维非饱和土壤水流与溶质耦合运移问题的数学模型, 建立了求其数值解的守恒混合元-迎风广义差分格式. 对非线性土壤水分入渗方程, 采用守恒混合元法进行离散模拟, 同时得到了土壤含水量和水分通量; 而对对流-扩散形式的溶质运移方程, 利用迎风的广义差分法离散求解. 且分析了解的存在唯一性, 并讨论了误差估计. 最后给出数值算例, 模拟结果表明利用本文格式来求解非饱和土壤水流与溶质耦合运移问题是可靠的, 且该格式具有稳定性和可实用性.     

径向基函数在非线性PDE形状优化中的应用

提出了一种求解非线性偏微分方程形状优化问题的径向基函数方法.灵敏度分析结果采用的共轭方法;形状的演化通过最优性准则方法得到;控制方程和共轭方程的求解用的是径向基函数方法.由于径向基函数方法是真正的无网格方法,比网格依赖方法有更好的适应性.提供的数值算例说明了所提算法的稳定性和有效性.此外,所得方法可以灵活地与其他优化算法相结合,从而可以解决更复杂的非线性偏微分方程中的最优形状设计问题.     

瞬态问题稳定性及弥散分析的无网格RKPM配点法研究

介绍了基于强形式的RKPM配点法求解瞬态动力问题的算法,并提出了采用RKPM配点法,配合时间域中心差分求解二阶波动方程的稳定性评价方法,并通过数值算例验证了此方法的正确性．此评价方法可以方便有效地评估出实际计算时的临界时间步长．通过数值算例比较可知,实际算例的计算临界时间步长与本评价方法,所预测的临界时间步长结果非常接近．给出了如何合理地选择RKPM形函数支撑域的建议．最后与径向基函数配点法进行了对比研究．     

二维非饱和土壤水分运动问题的半离散有限体积元模拟

本文利用基于重心对偶剖分的有限体积元法建立了二维非饱和土壤水分运动问题的数值逼近格式,讨论了离散有限体积元解的存在唯一性,并给出了最优误差估计的证明.最后给出数值算例,模拟结果表明,利用有限体积元格式来求解二维非饱和土壤水分运动问题是可靠的,且该格式具有稳定性和可实用性.     

基于变分法对一类非线性扩散方程解析解研究

本文分别针对一类扩散系数为非线性指数函数和幂函数的扩散方程,基于变分原理中的泛函极值理论分别提出了求解该方程Dirichlet边界和Neumann边界问题解析解的新方法,并证明了新方法是泛函问题极值解的充要性.以非饱和土壤水分运动问题为背景,给出了积水和恒通量条件下水平吸渗问题的解析解,并通过数值算例将解析解与数值解进行了比较分析,结果表明本文方法得到的解析解能够准确预测非饱和土壤水分水平吸渗问题的土壤含水量分布,是一种有效方法。因此本文方法为求解这一类非线性扩散方程提供了一种有效的新方法.     

基于径向基函数插值的积分方程求解

将径向基函数(radial basis function,RBF)插值引入积分方程的求解中,具体将待求函数表示为RBF的线性组合,再通过配点法将积分方程离散为线性或非线性方程组,求得权系数后给出待求函数的近似表示.论文选用的RBF是插值性能优异的多重二次曲面(multiquadric,MQ)函数,能在较少节点下取得较高的近似精度;而且RBF定义为距离的函数,在三维或高维插值时仅需改变距离公式,因而便于推广到高维积分方程求解中.在RBF插值矩阵的构造中,元素的积分计算分别通过高斯积分或基于区域剖分的数值求积完成,实现了一维、二维下Fredholm和Volterra方程的求解.算例结果表明:论文方法具有实施方便和精度较高的优点,是一种适合积分方程求解的新方法.