基于半平面上自然边界归化的无界区域上的Schwarz交替法及其离散化

1．引言由于并行技术的不断发展，人们越来越重视区域分解法的研究．对于闭曲线o外部的无界区域Ω上的椭圆边值问题，近年来基于自然边界归化理论[2,5,6,10]，提出了无界区域上的一类重叠型和不重叠型区域分解算法［11，12。13］，即将无界区域Ω分解为一个很小的有界区域Ω1和一个圆外无界区域Ω2，在Ω1和Ω2上分别有限元法和自然边界元法交替求解．其中，对于连续情形的重叠型区域分解法可利用投影理论得到意义下的几何收敛性［11］．对于连续情形和离散情形的重叠型区域分解法还可利用极值原理证明在最大模意义下的几何收敛性113］本文…     

椭圆外区域上Helmholtz问题的耦合法

以椭圆外区域上Helmholtz方程为例,研究一种带有椭圆人工边界的自然边界元与有限元耦合法,给出了耦合变分问题的适定性及误差分析并给出数值例子.理论分析及数值结果表明,用方法求解椭圆外问题是十分有效的.为求解具有长条型内边界外Helmholtz问题提供了一种很好的数值方法.     

三维调和问题的自然积分方程及其数值解

1．引言许多椭圆型偏微分方程边值问题可以通过不同途径归化为边界积分方程，由此发展出各种边界元方法．由我国学者冯康和余德浩首创并发展的自然边界元方法便是其中之一山．这一方法与经典边界元法相比有其独特的优点，它有着较高的数值稳定性，能与传统的有限元方法基于同一变分原理自然而直接地耦合［2］．近年来，无界区域问题倍受关注［2－71，其中，基于自然边界归化的耦合算法及区域分解算法是处理无界区域问题的一种有效手段．但是，迄今为止关于自然边界归化的研究仅仅局限于二维问题．而三维问题显然更需要发展相应方法且其结果…     

一类各向异性外问题的重叠型区域分解算法

本文以椭圆外调和问题的自然边界归化为基础，提出了求解各向异性常系数椭圆方程的一种重叠型区域分解算法，并分析了算法的收敛性及收敛速度．理论分析及数值实验表明，该方法对于求解各向异性外问题非常有效．     

基于近似惯性流形的后验Galerkin的方法

１．引言 为提高用数值方法解非线性发展方程及非线性椭圆边值问题的逼近阶,许多学者例如Ｊ．Ｎｏｖｏ和 Ｅ．Ｔｉｔｉ［４］, Ｍａｒｉｏｎ和 Ｔｅｍａｎ［６］,Ｊ．Ｘｕ［７］以及 Ｗ．Ｌａｙｔｏｎ［９］等人,提出了后验Ｇａｌｅｒｋｉｎ方法、近似惯性流形方法、非线性Ｇａｌｅｒｋｉｎ方法、各种区域分裂法、多重网格法等等．本文根据［１］提出了一种新的高精度的后验 Ｇａｌｅｒｋｉｎ方法．它的逼近阶是经典 Ｇａｌｅｒｋｉｎ方法逼近阶的两倍． 考虑非线性椭圆边值问题这里ｎ是按ｄ＝２,３）上具有分段光滑边界ｒ的有界区域,…     

求解线性互补问题的乘性Schwarz算法的收敛速度估计

1．引言区域分解法是八十年代兴起并得到迅速发展及广泛应用的数值计算方法．和多重网格法一样，区域分解法用于求解椭圆边值问题时具有与剖分网格h无关的收敛速度［8］，因而是一种高效快速算法．八十年代末及九十年代初，这种区域分解思想也开始应用于障碍问题的求解［2－8，10。12，16］数值实验表明，该算法对于障碍问题也是有效的·但是，和多重网格法一样，用于求解障碍问题时，算法的收敛速度分析存在一定的困难［11，13，14］对于障碍问题，一般的收敛性证明都是建立在证明算法产生的序列为一个极小化序列的基础之上［‘，‘’，“…     

无界区域上基于自然边界归化的一种重叠型区域分解法及其离散化

1．引言由于科学技术的迅猛发展，人们遇到许多大规模科学和工程计算问题．随着并行计算机的出现和应用，并行技术越来越得到人们的重视和研究．区域分解法成为并行计算和处理这类问题的主要方法之一．但是，对于无界区域上的椭圆边值问题，因进行区域分解后至少有一个区域仍为无界区域，故仅应用通常的区域分解算法求解是不够的．由于边界归化是处理无界区域问题的有效手段，通常采用边界元和有限元耦合的方法求解此类问题IZ，6。8。121．或片什适当的人工边界并在此边界上加近似边界条件，再在有限区域应用有限元方法求解【人习．近年来…     

无穷凹角区域各向异性问题的重叠型区域分解算法

本文以凹角椭圆外区域上调和问题的自然边界归化为基础,提出了求解无穷凹角区域各向异性问题的重叠型区域分解算法,并分析了算法的收敛性及收敛速度.最后给出了数值例子,以示方法的可行性和有效性.     

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,     

二维Helmholtz方程外问题基于自然边界归化的非重叠型区域分解算法

１．引言 设是平面光滑闭曲线,是以为边界的外部区域,考虑二维Ｈｅｌｍｈｏｌｔｚ方程外Ｎｅｕｍａｎｎ问题并在无穷远处满足Ｓｏｍｍｅｒｆｅｌｄ辐射条件其中 ｉ＝是区域的边界 的外法线方向,即指向由 包围的内部区域． ｋ在许多情况下（例如约化波动方程）是实数,在另一些情况下则是纯虚数,本文仅讨论ｋ为纯虚数的情况,且不失一般性,可设Ｉｍ（ｋ）＞０． 用某些数值方法求解线性抛物型方程或线性双曲型方程的初边值问题时,可能间接地导致求解Ｈｅｌｍｈｏｌｔ。方程的外问题［１０,１１;１２;１３］．例如,用自然边界无法求…     

关于二维双曲型初边值问题的自然积分方程

本文将自然边界元方法应用于求解一类双曲型初边值问题。给出自然积分方程及Poisson积分公式,研究了自然积分算子的性质,并详细讨论了自然积分方程的数值解法,最后给出数值例子。     

椭圆外区域上Helmholtz问题的自然边界元法

本文研究椭圆外区域上Helmholtz方程边值问题的自然边界元法.利用自然边界归化原理,获得该问题的Poisson积分公式及自然积分方程,给出了自然积分方程的数值方法.由于计算的需要,我们详细地讨论了Mathieu函数的计算方法(当0相似文献   

NATURAL BOUNDARY ELEMENT METHOD FOR THREE DIMENSIONAL EXTERIOR HARMONIC PROBLEM WITH AN INNER PROLATE SPHEROID BOUNDARY

In this paper, we study natural boundary reduction for Laplace equation with Dirichletor Neumann boundary condition in a three-dimensional unbounded domain, which is theoutside domain of a prolate spheroid. We express the Poisson integral formula and naturalintegral operator in a series form explicitly. Thus the original problem is reduced to aboundary integral equation on a prolate spheroid. The variational formula for the reducedproblem and its well-posedness are discussed. Boundary element approximation for thevariational problem and its error estimates, which have relation to the mesh size andthe terms after the series is truncated, are also presented. Two numerical examples arepresented to demonstrate the effectiveness and error estimates of this method.     

抛物型初边值问题的自然积分方程及其数值解法

１．引言数值求解无界区域的偏微分方程,自然的处理方式是削去区域的无界部分,即引入一条适当的人工边界ｒ。,将原问题的求解限制在一个适当的有界区域Ｄ内,这样必须在人工边界上引入适当边界的条件．于是很自然地导致这样一个问题：'是否存在一个人工边界条件,使得在这边界条件下,原问题在区域Ｄ内所求得的数值解与原无界区域的解在Ｄ上的限制是完全一致的？"这里我们的着眼点是寻求与原无界区域问题等价的数学形式,以便于数值求解．因为边界元方法可以将区域内的问题转化到区域的边界上去处理,经典的边界元方法常被应用．七十年代…     

无穷凹角区域各向异性问题的自然边界元法

本文研究无穷凹角区域上一类各向异性问题的自然边界元法.利用自然边界归化原理,获得该问题的Poisson积分公式和自然积分方程,给出了自然积分方程的数值方法,以及逼近解的收敛性和误差估计,最后给出了数值例子,以示方法的可行性和有效性.     

Integral equation methods for the Yukawa-Beltrami equation on the sphere

An integral equation method for solving the Yukawa-Beltrami equation on a multiply-connected sub-manifold of the unit sphere is presented. A fundamental solution for the Yukawa-Beltrami operator is constructed. This fundamental solution can be represented by conical functions. Using a suitable representation formula, a Fredholm equation of the second kind with a compact integral operator needs to be solved. The discretization of this integral equation leads to a linear system whose condition number is bounded independent of the size of the system. Several numerical examples exploring the properties of this integral equation are presented.     

Error estimates and extrapolation for the numerical solution of Mellin convolution equations

In this paper we consider a quadrature method for the numericalsolution of a second-kind integral equation over the interval,where the integral operator is a compact perturbation of a Mellinconvolution operator. This quadrature method relies upon a singularitysubtraction and transformation technique. Stability and convergenceorder of the approximate solution are well known. We shall derivethe first term in the asymptotics of the error which shows that,in the interior of the interval, the approximate solution convergeswith higher order than over the whole interval. This implieshigher orders of convergence for the numerical calculation ofsmooth functionals to the exact solution. Moreover, the asymptoticsallows us to define a new approximate solution extrapolatedfrom the dilated solutions of the quadrature method over mesheswith different mesh sizes. This extrapolated solution is designedto improve the low convergence order caused by the non-smoothnessof the exact solution even when the transformation techniquecorresponds to slightly graded meshes. Finally, we discuss theapplication to the double-layer integral equation over the boundaryof polygonal domains and report numerical results.     

A trigonometric Galerkin method for volume integral equations arising in TM grating scattering

Transverse magnetic (TM) scattering of an electromagnetic wave from a periodic dielectric diffraction grating can mathematically be described by a volume integral equation.This volume integral equation, however, in general fails to feature a weakly singular integral operator. Nevertheless, after a suitable periodization, the involved integral operator can be efficiently evaluated on trigonometric polynomials using the fast Fourier transform (FFT) and iterative methods can be used to solve the integral equation. Using Fredholm theory, we prove that a trigonometric Galerkin discretization applied to the periodized integral equation converges with optimal order to the solution of the scattering problem. The main advantage of this FFT-based discretization scheme is that the resulting numerical method is particularly easy to implement, avoiding for instance the need to evaluate quasiperiodic Green’s functions.     

On the convergence of a numerical method for a hypersingular integral equation on a closed surface

We consider a linear integral equation with a hypersingular integral treated in the sense of the Hadamard finite value. This equation arises in the solution of the Neumann boundary value problem for the Laplace equation with a representation of a solution in the form of a double-layer potential. We consider the case in which the interior or exterior boundary value problem is solved in a domain; whose boundary is a smooth closed surface, and an integral equation is written out on that surface. For the integral operator in that equation, we suggest quadrature formulas like the method of vortical frames with a regularization, which provides its approximation on the entire surface for the use of a nonstructured partition. We construct a numerical scheme for the integral equation on the basis of suggested quadrature formulas, prove an estimate for the norm of the inverse matrix of the related system of linear equations and the uniform convergence of numerical solutions to the exact solution of the hypersingular integral equation on the grid.