对流反应扩散方程的稳定化时间间断时空有限元解的误差估计

在流线迎风Petrov-Galerkin（SUPG）稳定化有限元数值格式的基础上,结合时间方向的变分离散,构造对流反应扩散方程的稳定化时间间断时空有限元格式.该类格式在工程上有一些数值模拟应用,但相关文献没有看到类似数值格式的理论证明.本文以Radau点为节点,构造时间方向的Lagrange插值多项式,证明了稳定化有限元解的稳定性,时间最大模、空间L²（Ω）-模误差估计.文中利用插值多项式和有限元方法相结合的技巧,解耦时空变量,去掉了时空网格的限制条件,提供了时间间断稳定化时空有限元方法的理论证明思路,克服了因时空变量统一导致的实际计算时的复杂性.     

非稳态奇异系数微分方程的时间间断时空有限元方法

针对一类二维单轴奇异系数非稳态问题构造了一种时间间断时空有限元格式,利用以Radau点为节点的Lagrange插值多项式的特性,结合有限差分法和有限元法的技巧证明了格式的稳定性和有限元解的时间最大模、空间加权L²（?）-模误差估计.最后列举了一些数值试验结果,验证了理论结果和格式的可行性.     

Sobolev方程的连续时空有限元方法

本文研究Sobolev方程的连续时空有限元方法.首先建立Sobolev方程的连续时空有限元格式,然后证明了解的存在唯一性和稳定性并给出连续时空有限元解各种范数下的误差估计.最后给出数值算例来验证理论分析的正确性,并进一步说明本文所建立的格式关于时间可以得到比传统有限元方法更高的精度.     

粘弹性波动方程的H1-Galerkin时空混合有限元分裂格式

构造一维粘弹性波动方程的H¹-Galerkin时空有限元分裂格式.这种新的分裂格式在时空两个方向同时利用有限元离散,具有H¹-Galerkin混合有限元方法和时空有限元方法的优点,如在不受LBB相容性条件限制的同时能够高精度逼近流体的压力和达西速度,有限元空间可以利用不同次数的多项式空间,能同时得到时间和空间两个变量的形式高阶精度等.通过构造时空投影算子并讨论其相关逼近性质,证明了解的存在唯一性和稳定性,给出混合时空有限元解的误差估计,给出数值算例验证了理论推导结果的合理性和算法的有效性,并和传统H¹-Galerkin方法做比较,得到了更小的误差和超收敛阶.     

对流反应扩散方程的SUPG稳定化时空有限元解的误差估计（英文）

将时空有限元方法和流线扩散迎风Petrov-Galerkin方法(SUPG)相结合,构造对流扩散反应方程的一种全离散稳定化时空有限元方法.和传统的SUPG方法不同,本文为得到高精度尤其是时间高精度格式,在时空两个方向同时使用离散变分形式.该类格式曾被工程师用来数值模拟一些实际问题,但很难看到相关文献的理论分析证明.本文时间方向利用Gauss-Legendre和Gauss-Lobatto积分,并和有限元方法相结合,证明数值解的稳定性和误差估计.不但去掉时空网格的限制条件,而且将时间和空间变量解耦,克服了时空有限元方法在建立格式时由于时空变量统一处理而导致的理论分析和数值模拟中的高维度难度和复杂性,本文不需要引入对偶问题的证明思路丰富了稳定化SUPG时空有限元方法的理论.     

Sobolev方程的时间间断Galerkin有限元方法

引入Sobolev方程的等价积分方程,构造Sobolev方程的新的时间间断Galerkin有限元格式.该格式不仅保持有限元解在时间剖分点处的间断特性,而且避免了传统时空有限元格式中跳跃项的出现,从而降低了格式理论分析和数值模拟的复杂性.证明了Sobolev方程的时间间断而空间连续的时空有限元解的稳定性、存在唯一性、L2...     

对流扩散方程的间断时空有限元方法的误差估计

研究了一类线性对流扩散方程的间断时空有限元方法,即空间连续,时间允许间断的时空有限元方法.将有限元方法和有限差分方法相结合,在每一时间层上充分利用Lagrange插值多项式在Radau点处的特性,给出了有限元解的最优阶L∞(L2)模误差估计.     

抛物型方程一个新的非协调混合元超收敛性分析及外推

本文研究了抛物型方程在新混合元格式下的非协调混合有限元方法. 在抛弃传统有限元分析的必要工具-Ritz 投影算子的前提下,直接利用单元的插值性质,运用高精度分析和对时间t的导数转移技巧,借助于插值后处理技术,分别导出了关于原始变量u的H¹-模和通量p=▽u在L²-模下的O（h²）阶超逼近性质和整体超收敛. 进一步,通过构造合适的辅助问题,运用Richardson 外推格式,得到了具有更高精度O（h³）阶的外推结果. 最后,给出了一些数值结果验证了理论分析的正确性.     

非定常Stokes方程的全离散稳定化有限元格式

本文研究二维非定常Stokes方程全离散稳定化有限元方法.首先给出关于时间向后一步Euler半离散格式,然后直接从该时间半离散格式出发,构造基于两局部高斯积分的稳定化全离散有限元格式,其中空间用P_1—P_1元逼近,证明有限元解的误差估计.本文的研究方法使得理论证明变得更加简便,也是处理非定常Stokes方程的一种新的途径.     

非线性分数阶反应扩散方程组的间断时空有限元方法

利用时间间断空间连续的时空有限元方法构造了空间分数阶反应扩散方程组的可以逐时间层求解的全离散格式.在时间离散区间上,采用Radau积分公式,将插值理论与有限元理论相结合,给出了全离散格式解的存在唯一性结果,并证明了所给格式是无条件稳定的,进而详细给出最优阶L~∞(L~2)模误差估计过程.最后用数值算例验证了理论分析的正确性.     

Least-squares Galerkin procedures for parabolic integro-differential equations

Two least-squares Galerkin finite element schemes are formulated to solve parabolic integro-differential equations. The advantage of this method is that it is not subject to the LBB condition. The convergence analysis shows that the least-squares mixed element schemes yield the approximate solution with optimal accuracy in H(div;Ω)×H¹(Ω) and (L²(Ω))²×L²(Ω), respectively.     

反应扩散方程的连续时空有限元方法

本文研究了反应扩散方程的连续时空有限元方法.首先建立了其连续时空有限元格式并证明了有限元解的存在唯一性及稳定性.然后通过引入时空投影算子在没有时空网格限制的条件下给出其近似解在节点处的L~2,H~1最优范数估计以及全局L~2(L~2),L~2(H~1)最优范数估计.最后给出两个数值算例来验证方法的有效性与灵活性并说明结论的正确性.     

二阶双曲方程的全离散格式下的混合元超收敛分析

通过在空间方向上使用双线性元和最低阶的Nedelec元(即Q₁₁+Q₀₁×Q₁₀)以及在时间方向上使用二阶精度的数值逼近格式,得到了在矩形网格上二阶双曲方程全离散混合元格式下的对原始变量的L^∞(H¹)和流量的L^∞((L²)²)的超逼近和超收敛的误差结果.在分析过程中,巧妙地使用了上述混合单元对在矩形网格上的特有的高精度积分恒等式和精确解的投影和插值之间的在H¹范数意义下的超逼近的估计.最后,给出一些数值结果来验证理论分析的正确性.     

Crank–Nicolson least-squares Galerkin procedures for parabolic integro-differential equations

Two Crank–Nicolson least-squares Galerkin finite element schemes are formulated to solve parabolic integro-differential equations. The advantage of this method is that it is not subject to the LBB condition. The convergence analysis shows that the methods yield the approximate solutions with optimal accuracy in H(div; Ω) × H¹(Ω) and (L²(Ω))² × L²(Ω), respectively. Moreover, the two methods both get the approximate solutions with second-order accuracy in time increment.     

A C finite element method for an inverse problem

A C⁰ finite element method is presented for an inverse problem in which the coefficient in the differential operator is to be determined from the measurement of the solution of a boundary value problem. The unknown in the inverse problem is approximated by a minimizer of a cost function that includes both the output error and equation error. Error estimates in a weighted H⁻¹ norm and L² are given. Numerical examples are presented to show features of the method.     

Analysis and numerics for a parabolic equation with impulsive forcing

The paper considers a one-dimensional particle-continuum model, with impulsive interaction between the fluid and a number of pointwise particles. A simplification results in a system of ODEs coupled with a parabolic PDE forced by a nonlinear term involving a sum of Dirac delta functions. The existence of a mild solution is proved using a combination of energy estimates and semigroup theory. However, the regularity of these solutions is shown to be limited to C^0,1 by the impulsive terms. The convergence of a Galerkin method is established simultaneously with a proof of continuous dependence, and thus uniqueness, of solutions for the underlying system. The peculiarities of the system imply this analysis must be performed in L_∞. The C^0,1 regularity of the solution determines a suboptimal rate of convergence for the Galerkin method. The theoretical results are verified by MATLAB computations.     

Time discontinuous Galerkin space-time finite element method for nonlinear Sobolev equations

This article presents a complete discretization of a nonlinear Sobolev equation using space-time discontinuous Galerkin method that is discontinuous in time and continuous in space. The scheme is formulated by introducing the equivalent integral equation of the primal equation. The proposed scheme does not explicitly include the jump terms in time, which represent the discontinuity characteristics of approximate solution. And then the complexity of the theoretical analysis is reduced. The existence and uniqueness of the approximate solution and the stability of the scheme are proved. The optimalorder error estimates in L²(H¹) and L²(L²) norms are derived. These estimates are valid under weak restrictions on the space-time mesh, namely, without the condition k_n≥ch², which is necessary in traditional space-time discontinuous Galerkin methods. Numerical experiments are presented to verify the theoretical results.