椭圆边界上的自然积分算子及各向异性外问题的耦合算法

1.引 言为求解微分方程的外边值问题常需要引进人工边界（见[1-4]）,对人工边界外部区域作自然边界归化得到的自然积分方程即Dirichlet-Neumann映射,正是人工边界上的准确的边界条件（见[2-6]）,这是一类非局部边界条件.自然积分算子即Dirichlet-Neumann算子,     

位势平面问题的新的规则化边界积分方程

广泛实践集中在直接变量边界积分方程的规则化研究,其本质是利用简单解消除边界积分的奇异性．然而,至今关于平面位势问题的第一类边界积分方程的规则化研究尚未涉足．致力于间接变量边界积分方程的规则化方法研究,基于一种新的思想和观点,确立平面位势问题的间接变量规则边界积分方程,它不包含CPV强奇异积分和HFP超奇异积分．数值算例表明现在的方法可取得很好的精度和效率,特别是边界量的计算．     

弹性薄板弯曲问题的等价的边界积分方程

用非解析开拓数学方法建立平面弹性薄板弯曲问题理论中具有间接变量的等价边界积分方程,并采用变分法进行了严格的说明.以往出现的三种间接变量边界积分方程,它们都不是等价的,对此我们进行了深入的讨论.     

二维Helmholtz方程的插值型边界无单元法

针对二维Helmholtz方程的内外边值问题,提出了插值型边界无单元法(interpolating boundary element-free method).在间接位势理论的基础上,利用Laplace方程基本解的特性,建立了求解Helmholtz方程Neumann边值内外问题的正则化形式,有效消除了强奇异积分的计算.其次通过引入全局距离展开成局部距离的幂级数,详细推导了距离函数的导数和法向导数差值的极限表达式.最后给出了4个插值型边界无单元法的数值算例,表明了该方法可取得较高的可行性和有效性.     

平面调和函数的充要的边界积分方程

本文发现,以往习用的平面调和函数的两种边界积分方程不是充要的,其原因是一个实际上并不能包括全部调和函数的边界积分表达式误解为能如此.本文改正了这个表达式,并进而导出了充要的直接变量和间接变量的边界积分方程     

平面Laplace问题的等价间接变量边界积分方程

利用变分法证明平面调和函数的外问题的确切形式；在此基础上，建立外问题的具有间接变量的等价边界积分方程；传统的外问题及边界积分方程不具有普遍适用性，本文对此进行了详细的讨论．     

平面定常Stokes问题的无奇异第一类边界积分方程

对无奇异边界积分方程归化法的研究,已有的结果都是针对直接变量的,其核心思想是利用刚体位移(包括刚体的转动和平移)或均匀场．然而,对第一类边界积分方程的无奇异边界归化法的研究,至今还未涉足．本文提交一种新方法,归化出平面定常Stokes问题的第一类无奇异边界积分方程,并建立完整的数值求解体系．一个简单的算例表明本文方法可获得理想的数值结果,特别是边界量的数值结果。     

各向异性抛物外问题的自然边界元法

研究一类各向异性抛物外问题的自然边界归化及其自然边界元方法.通过自然边界归化,获得了该问题的自然积分方程和Poisson积分公式,给出了自然积分方程的数值解法,并通过数值例子以示本文方法的可行性与有效性.     

弹性力学问题解唯一的边界积分方程

从积分方程式出发,应用基本解的特性分析,说明在力边值问题中,位移边界积分方程和面力边界积分方程的位移解不唯一.提出了位移解唯一的条件,建立了唯一解的位移边界积分方程和面力边界积分方程.实例计算结果表明唯一解的边界积分方程是有效的.     

外边值问题的边界元法与有限元法组合及奇性处理

本文讨论了以一条直线为边界的Helmholts方程外边值问题的边界元法与有限元法的组合过程,推导变分公式,并分别用奇性函数扩大有限元空间和用奇性单元处理尖点附近解的奇性,同边界元法的结果相比较,边界元法与有限元法的组合优越于边界元法。     

Equivalent boundary integral equations for plane elasticity

Indirect and direct boundary integral equations equivalent to the original boundary value problem of differential equation of plane elasticity are established rigorously. The unnecessity or deficiency of some customary boundary integral equations is indicated by examples and numerical comparison.     

The inverse scattering problem by an elastic inclusion

In this work we consider the inverse elastic scattering problem by an inclusion in two dimensions. The elastic inclusion is placed in an isotropic homogeneous elastic medium. The inverse problem, using the third Betti’s formula (direct method), is equivalent to a system of four integral equations that are non linear with respect to the unknown boundary. Two equations are on the boundary and two on the unit circle where the far-field patterns of the scattered waves lie. We solve iteratively the system of integral equations by linearising only the far-field equations. Numerical results are presented that illustrate the feasibility of the proposed method.     

Application of the Factorization Method to Recover Cuts with Oblique Derivative Boundary Condition

Direct and inverse problems for the scattering of cracks with mixed oblique derivative boundary conditions from the incident plane wave are considered, which describe the scattering phenomenons such as the scattering of tidal waves by spits or reefs. The solvability of the direct scattering problem is proven by using the boundary integral equation method. In order to show the equivalent boundary integral system is Fredholm of index zero, some relationships concerning the tangential potential operator is used. Due to the mixed oblique derivative boundary conditions, we cannot employ the factorization method in a usual manner to reconstruct the cracks. An alternative technique is used in the theoretical analysis such that the far field operator can be factorized in an appropriate form and fulfills the range identity theorem. Finally, we present some numerical examples to demonstrate the feasibility and effectiveness of the factorization method.     

基于时域精细积分算法的瞬态传热多宗量反演

基于有限元法和精细积分算法,提出了一种求解瞬态热传导多宗量反演问题的新方法．采用有限元法和精细积分算法分别对空间、时间变量进行离散,可以得到正演问题高精度的半解析数值模型,由此建立了多宗量反演的计算模式,并给出敏度分析的计算公式．对一维和二维的热物性参数、热源项、边界条件等进行了单宗量和多宗量的反演求解,初步考虑了初值和噪音等对反演结果的影响,数值算例验证了该方法的有效性．     

Finding the unknown boundary in the initial boundary-value problem for the heat equation

The article considers the determination of the boundary of a two-dimensional region in which an initial boundary-value problem for the heat equation is defined, given the solution of the problem for all time instants at some points of the region. The direct problem is reduced to an integral equation, and numerical solutions of the inverse problem are obtained for the case when the boundary is an ellipse. We investigate the sensitivity of the observed variables to the location (relative to the boundary) of the point where the right-hand side of the equation is specified. Translated from Prikladnaya Matematika i Informatika, No. 30, 2008, pp. 18–24.     

无界区域抛物方程自然边界元方法

本文应用自然边界元方法求解无界区域抛物型初边值问题。首先将控制方程对时间进行离散化,得到关于时间步长离散化的椭圆型问题。通过Fourier展开,导出相应问题的自然积分方程和Poisson积分公式。研究了自然积分算子的性质,并讨论了自然积分方程的数值解法,最后给出数值例子。从而解决了抛物型问题的自然边界归化和自然边界元方法。     

含有积分、反周期和带P-Laplacian算子的分数阶微分方程边值问题解的存在性

利用格林函数的性质和Banach压缩映射原理讨论了含P-Laplacian算子反周期边值问题的解.首先,求出与该边值问题相关的格林函数并给出了格林函数的性质;然后将边值问题转化为与其等价的积分方程,利用格林函数的性质及Banach压缩映射原理得到边值问题解的唯一性;最后给出实例验证结果的合理性.     

用于解析函数复分析的共轭边界元法

由2个共轭的实调和函数构建1个复解析函数,其复分析在应用数学和力学领域具有重要的作用.提出了一个加权残数方程组,证明了该方程组为2个共轭函数的域内控制方程、边界条件和边界上Cauchy Riemann(柯西-黎曼)条件的近似解,等效为复解析函数的逼近方程.在离散空间中,由该加权残数方程分别推导出2个位势问题的直接边界积分方程和1个表示Cauchy-Riemann条件的有限差分方程,随后解决了弱奇异线性方程组的求解难题,并提出用Cauchy积分公式求内点值的方法,从而建立了一种用于复分析的常单元共轭边界元法.最后,用3个算例证明了所提出方法适用于域内或域外的幂函数、指数函数或对数函数形式的解析函数,而且其误差与2维位势问题是同等量级的.