拟稳态Maxwell方程的可计算建模和应用

介绍拟稳态Maxwell方程在电气工程领域的可计算建模及应用。对于含导电材料的电磁设备,拟稳态Maxwell方程是描述电流密度分布和欧姆损耗的常用模型,在电机、大型变压器等电气工程设备和集成电路等微电子技术领域有广泛应用。本文以国际计算电磁学会公布的TEAM Workshop Problem 7和21基准族问题为例,阐述拟稳态Maxwell方程的可计算建模和自适应有限元计算。     

多层快速多极子方法的快速插值

多层快速多极子方法(MLFMM)可用来加速迭代求解由Maxwell方程组或Helmholtz方程导出的积分方程,其复杂度理论上是O(NlogN),N为未知量个数.MLFMM依赖于快速计算每层的转移项,以及上聚和下推过程中的层间插值.本文引入计算类似N体问题的一维快速多极子方法(FMM1D).基于FMM1D的快速Lagr...     

纳米材料力学性质定量分析中的反问题 献给林群教授80华诞

本文对纳米材料力学性质定量分析中出现的反问题理论、计算和应用进行了探讨.这类问题在纳米材料科学以及功能器件开发等方面中有着重要的应用,对纳米尺度下的测量、优化设计、研发及应用有着重大的指导意义.根据工程测量方法的不同,纳米材料力学性质的定量分析方法一般可以分为两类,静态法和动态法.本文针对两种方法,率先研究Euler-Bernoull方程的反演随机源项、反演系数和反谱问题,得到了对于一般非均匀纳米材料性质测定的方法,其中对于反演随机源项,本文得到在依概率意义下的收敛性;对于反谱问题,本文将其转化为优化问题求解,并给出数值算例验证.最后提出这些反问题新的应用和数学上新的研究方向.     

偏微分方程边值反问题的数值方法研究

本文研究了奇异积分方程在反边值问题中的应用问题.利用圆周上的自然积分方程及其反演公式,把Laplace方程的边值反问题转化为一对超奇异积分方程和弱奇异积分方程的组合,通过选取三角插值近似奇异积分的计算并构造相应的配置格式,并使用Tikhonov正则化方法求解所得到的线性方程组.数值实验表明了该方法的有效性.     

非稳态电导介质中Maxwell方程组的反问题

本文主要考虑非稳态电导介质的Maxwell 方程组. 本文考查通过有限组的边界区域观测值决定关于本构方程中系数ε, ζ, μ 和电导率系数σ 的反问题, 利用Carleman 估计证明该反问题的Lipschitz稳定性.     

离散外微分与计算电磁学

计算电磁学的核心之一是数值求解Maxwell方程组.适当的离散方式是保证结果能真实反映物理现象的关键.为了在离散的过程中保持该方程组的几何性质,我们建立了基于棱柱网格的系数为R的格点规范理论,其离散曲率满足相应的Bianchi恒等式.通过适当定义离散微分形式之间的内积和棱柱网格上的Hodge星算子,我们由离散变分导出源方程和连续性方程,和Bianchi恒等式一起称为真空中的离散Maxwell方程组.这组方程是内蕴的,并具有规范不变性.     

一维波动方程联合反演的分步正则化法

本文只用一个纵波信息,对一维波动方程的速度和震源函数进行联合反演.并考虑到波动方程的反问题是一不适定问题,对震源函数和波速分别用正则化法分步迭代求解,大大减少了反问题的计算工作量,改善了该反问题的计算稳定性.为计算实际一维地震数据提供了一种方法.文中给出了只用一个反问题补充条件同时进行多参数反演的详细公式,并对相应的数值算例进行了分析和比较.     

基于区间三次Hermite样条小波的Poisson方程数值求解方法

提出一种新的求解Poisson方程的小波有限元方法,采用区间三次Hermite样条小波基作为多尺度有限元插值基函数,并详细讨论了小波有限元提升框架.由于小波基按照给定的内积正交,可实现相应的多尺度嵌套逼近小波有限元求解方程,在不同尺度上的插值基之间完全解耦和部分解耦.数值算例表明在求解Poisson方程时,该方法具有高的效率和精度.     

人工压缩方程的OBLC区域分解法

本文根据物理尺度的区域分解法[1],[2],从奇异摄动的观点把解分为外部解和边界层校正,两者在固定的物面边界上藕合,这样对不同的尺度区域,可用不同的简化方程及计算方法.本文给出了人工压缩N-S方程的特征性质及其合适的边界提法,计算的例子表明,精度和效率是满意的.     

矩阵形式二次修正Maxwell-Dirac系统的多尺度算法

带二次修正项的Dirac方程在拓扑绝缘体、石墨烯、超导等新材料电磁光特性分析中有着十分广泛的应用.本文工作的创新点有：一是首次提出了矩阵形式带有二次修正项的Dirac方程,它是比较一般的数学框架,涵盖了上述材料体系很多重要的物理模型,具体见附录A;二是针对上述材料体系的电磁响应问题,提出了有界区域Weyl规范下具有周期间断系数矩阵形式带二次修正项Maxwell-Dirac系统的多尺度渐近方法,结合Crank-Nicolson有限差分方法和自适应棱单元方法,发展了一类多尺度算法.数值试验结果验证了多尺度渐近方法的正确性和算法的有效性.