Chebyshev谱元方法结合并行算法求解三维区域的Helmholtz方程

本文探讨了采用Chebyshev谱元方法结合并行计算求解三维区域的Helmholtz方程问题。首先应用变分方法,得到了带有第一类边界条件的三维区域Helmholtz方程的弱形式。然后在三维的标准单元内,采用Chebyshev正交多项式展开函数u和试函数v,并且将其带入弱形式方程,通过积分,得到单元刚度矩阵;通过合成单元刚度矩阵,得到总体矩阵。最后通过基于MPI的并行计算,求解了以总体矩阵为系数的方程组,得到了Helmholtz方程的数值解,和解析解对比表明了数值解的正确性,并且数值解具有8阶精度。在并行求解方程组过程中,充分利用矩阵的对称性和矢量存储来获取上三角元素,这大幅的节约了存储量和计算进程间的通讯量,获得的并行效率可达76.6%。     

广义概率密度演化方程的Chebyshev拟谱法

概率密度演化方法(probability density evolution equation, PDEM)为非线性随机结构的动力响应分析提供了新的途径. 通过PDEM获得结构响应概率密度函数(probability density function, PDF)的关键步骤是求解广义概率密度演化方程(generalized probability density evolution equation, GDEE). 对于GDEE的求解通常采用有限差分法, 然而, 由于GDEE是初始条件间断的变系数一阶双曲偏微分方程, 通过有限差分法求解GDEE可能会面临网格敏感性问题、数值色散和数值耗散现象. 文章从全局逼近的角度出发, 基于Chebyshev拟谱法为GDEE构造了全局插值格式, 解决了数值色散、数值耗散以及网格敏感性问题. 考虑GDEE的系数在每个时间步长均为常数, 推导了GDEE在每一个时间步长内时域上的序列矩阵指数解. 由于序列矩阵指数解形式上是解析的, 从而很好地克服了数值稳定性问题. 两个数值算例表明, 通过Chebyshev拟谱法结合时域的序列矩阵指数解求解GDEE得到的结果与精确解以及Monte Carlo模拟的结果非常吻合, 且数值耗散和数值色散现象几乎可以忽略. 此外, 拟谱法具有高效的收敛性且序列矩阵指数解不受CFL (Courant-Friedrichs-Lewy)条件的限制, 因此该方法具有良好的数值稳定性和计算效率.     

谱元方法求解二维不可压缩Navier-Stokes方程

利用有限元的思想并结合谱方法的精度提出求解偏微分方程的谱元方法,在元素内插值函数使用伪谱Chebyshev逼近,并将此方法应用于求解不可压Navier-Stokes方程,具体求解了二维方腔顶盖驱动流,与公认基准解对比获得了较好的结果。     

sine—Gordon方程的动力学行为讨论

本文以ｓｉｎｅ－Ｃｏｒｄｏｎ方程为全了把无穷维动力系统理论和非一动力学方法结合起来讨论无穷维动力学系统的动力学行为的一种方法，首先证明了有限维广义渐惯性流形的存在性。然后给出了该流形上常微分方程组，且讨论了解的不变子空间结构。最后用摄动和数值计算讨论了动力学行为，所得结果与（６）所得的一致。这种方法也许为时军蝗分析提供了一条有效途径     

0rr－Sommerfeld方程数值解法中的复广义矩阵特征值问题

Ｏｒｒ－Ｓｏｍｍｅｒｆｅｌｄ方程的求解通常可以化为一个复广义矩阵特征值问题ＡＸ＝ωＢＸ。本文用酉变换分别约化Ａ,Ｂ为上Ｈｅｓｓｅｎｂｅｒｇ阵和上三角阵,然后利用Ｍｕｌｌｅｒ求根方法可以求出其全部特征值,其中特征多项式的值由Ｈｙｍａｎ方法给出。当仅需要判断有无不稳定模态时,利用一个简单的矩阵变换将其化为强特征值的求解问题,从而可使用最简单的幂迭代,Ｃｈｅｂｙｓｈｅｖ配置点法算例表明两种算法均快速有效。     

0rr－Sommerfeld方程数值解法中的复广义矩阵特征值问题

Ｏｒｒ－Ｓｏｍｍｅｒｆｅｌｄ方程的求解通常可以化为一个复广义矩阵特征值问题ＡＸ＝ωＢＸ。本文用酉变换分别约化Ａ，Ｂ为上Ｈｅｓｓｅｎｂｅｒｇ阵和上三角阵，然后利用Ｍｕｌｌｅｒ求根方法可以求出其全部特征值，其中特征多项式的值由Ｈｙｍａｎ方法给出。当仅需要判断有无不稳定模态时，利用一个简单的矩阵变换将其化为强特征值的求解问题，从而可使用最简单的幂迭代，Ｃｈｅｂｙｓｈｅｖ配置点法算例表明两种算法均快速有效。     

同心旋转球间粘性流动的非线性Galerkin谱方法

利用Ｓｔｏｋｅｓ算子的特征函数作为基函数,用我们给出的非线性Ｇａｌｅｒｋｉｎ谱方法的几种格式对两个同心球之间的粘性不可压缩流动进行了研究,并作了数值模拟。     

关于Navier-Stokes方程的等价问题

本文讨论了Navier-Stokes 方程的一种等价形式:压力等价形式.首先,我们证明了用关于压力的Poisson 方程来代替连续性方程并附加适当的初始条件和边界条件后所得的新的控制方程与原始的控制方程(N-S 方程)是等价的.然后,我们利用新的控制方程求解了一个具体问题:面对无限平板的二维流动,并将计算结果与精确结果进行了比较. ...     

激励Stuart-Landau方程的研究--周期解、稳定性及流动控制

解析得出了有外部激励的Stuart-Landau（S-L）方程的频率锁定周期解,对这些解与外部激励振幅和频率的依赖关系做了详细研究,并用周期系统稳定性理论确定了解的稳定性边界.还对S-L方程所描述的流动控制效果进行了研究,发现由于外部激励的作用,稳定的锁频解可能比原来的饱和解能量减少了,外部的控制最多能使扰动能量减少为原来的一半.     

Poiseuille—Benard流的出口边界条件及其谱元法计算

研究二维矩形管道中底部加热的不可压缩Ｐｏｉｓｅｕｉｌｌｅ－Ｂｅｎａｒｄ流的谱元法数值计算问题。讨论各种不同的出口边界条件的处理及其对谱地数值模拟的影响,通过干扰区、干扰幅度和计算时间的比较,确定比较理想的出口边界条件。     

THE SEMI-DISCREIXTE METHOD FOR SOLVING HIGH-DIMENSION WAVE EQUATION

1.IntroductionWaveequationiswidelyusedinsuchsubjectsasgeophysics,elasticmechanics,andsoon.Therefore,how'tosolvewaveequationbecomesaveryimportantproblem.Althoughpeoplehaveachievedalotinthetheoryandcalculationofwaveequationl']'121,newproblemsandsolutionskeep.comingoutl3]'141.Oneofthemethodsgiveninpaper[5]istoreducetwodimensionequationtoone-dimensionequationsystem.However,itisdifficulttoextendhighdimensionwave'equationandwaveequationwithvariablecoefficient.Bythesemi-discrete'methoddiscussedinthi…     

不可压粘流N－S方程的边界积分解法

对原变量的Ｎ－Ｓ方程进行一阶时间离散，采用共轭梯度法解除压强－速度的耦合．对所得的一系列Ｌａｐｌａｃｅ方程、Ｐｏｓｓｉｏｎ方程和Ｈｅｌｍｈｏｔｚ方程均进行边界积分法求解，首次得到了粘性Ｎ－Ｓ方程的边界积分表示式．圆柱的定常、非定常尾迹计算结果表明了本文方法的有效性．     

多自由度非线性动力学方程的能量校准算法

针对非线性动力学方程,通过Taylor展开和Duhamel积分,得到一个具有待定参数的逐步积分求解公式;通过数学变换,将原动力学方程转换为一个能确定待定参数的能量校准方程;最后将该参数回代入逐步积分公式,得到数值解.数值算例的结果说明了该方法的有效性,可以消除算法阻尼和抑制数值解发散,同时,在大步长的条件下也得到了非常准确而且稳定的结果,可以对系统长期性态进行仿真.     

ON CAUCHY PROBLEMS FOR THE RLW EQUATION IN TWO SPACE DIMENSIONS

ＩｎｔｒｏｄｕｃｔｉｏｎＩｎｓｙｓｔｅｍｏｆｔｈｅｎｏｎｌｉｎｅａｒｄｉｓｐｅｒｓｉｖｅ ,ｔｈｅｐａｐｅｒｓ [1 ]ａｎｄ [2 ]ｈａｖｅｓｔｕｄｉｅｄｔｈｅｍｏｄｅｌｅｑｕａｔｉｏｎｏｆｓｉｍｐｌｅｗａｖｅｓｐｒｏｐａｇａｔｉｏｎｏｆｌｏｎｇｗａｖｅ ,ｕｔ+αｕｘ+ βｕｕｘ-γｕｘｘｔ=0　　ｘ∈Ｒ ,ｔ≥ 0ｉｓｃａｌｌｅｄｔｈｅＲＬＷｅｑｕａｔｉｏｎ .ＳＨＡＮＧ[3]ｏｂｔａｉｎｅｄｔｈｅｅｘａｃｔｓｏｌｉｔａｒｙｗａｖｅｓｏｌｕｔｉｏｎｓｏｆｔｈｅｔｗｏｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌＲＬＷｅｑｕａｔｉｏｎ .Ｉｎ…     

不同的分子间势对LJD状态方程的影响

本文分別采用6-exp,M-M和LJ(6,12)三种形式的分子间作用势,计算了LJD理论的压缩性因子,以检验由于势的不同对LJD状态方程造成的影响。     

对流扩散方程的绝对稳定高阶中心差分格式

将作者提出的数值摄动算法改进为区分离散单元内上游和下游并分别对通量进行高精度重构的双重数值摄动算法,与原(单重)摄动算法相比,双重摄动算法既提高了格式精度又明显扩大了格式的稳定域范围.利用双重摄动算法,即分别利用上游和下游基点变量的摄动重构将高阶流体力学关系及迎风机制耦合进二阶中心格式之中,由此构建了对流扩散方程的对网格Reynolds数的任意值均稳定(绝对稳定)高精度(四阶和八阶精度)三基点中心TVD差分格式,通过解析分析以及3个算例计算证实了构建格式的优良性能;3个算例包括一维线性、非线性(Burgers方程)和二维变系数对流扩散方程.数值计算表明:构建的格式在粗网格下不振荡,构建格式在粗网格时的最大误差L_∞和均方误差L_2与二阶中心格式在细网格时的相应误差一致,对线性方程,构建格式在细网格下可达到L_2精度阶.     

GENERALIZED FINITE SPECTRAL METHOD FOR 1D BURGERS AND KDV EQUATIONS

A generalized finite spectral method is proposed. The method is of high-order accuracy. To attain high accuracy in time discretization, the fourth-order Adams-Bashforth-Moulton predictor and corrector scheme was used. To avoid numerical oscillations caused by the dispersion term in the KdV equation, two numerical techniques were introduced to improve the numerical stability. The Legendre, Chebyshev and Her-mite polynomials were used as the basis functions. The proposed numerical scheme is validated by applications to the Burgers equation (nonlinear convection- diffusion problem) and KdV equation (single solitary and 2-solitary wave problems), where analytical solutions are available for comparison. Numerical results agree very well with the corresponding analytical solutions in all cases.     

THE MULTI-SYMPLECTIC ALGORITHM FOR \"GOOD\" BOUSSINESQ EQUATION

ＩｎｔｒｏｄｕｃｔｉｏｎＩｎｒｅｃｅｎｔｙｅａｒｓａｒｅｍａｒｋａｂｌｅｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔｈａｓｔａｋｅｎｐｌａｃｅｉｎｔｈｅｓｔｕｄｙｏｆｎｏｎｌｉｎｅａｒｅｖｏｌｕｔｉｏｎａｒｙｐａｒｔｉａｌｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌｅｑｕａｔｉｏｎｓ.Ａｎｅｘａｍｐｌｅｉｓｔｈｅ“Ｇｏｏｄ”Ｂｏｕｓｓｉｎｅｓｑ (Ｇ .Ｂ .)ｅｑｕａｔｉｏｎｕｔｔ =-ｕｘｘｘｘ+ｕｘｘ+ (ｕ2 ) ｘｘ ( 1 )ｗｈｉｃｈｄｅｓｃｒｉｂｅｓｓｈａｌｌｏｗｗａｔｅｒｗａｖｅｓｐｒｏｐａｇａｔｉｎｇｉｎｂｏｔｈｄｉｒｅｃｔｉｏｎｓ.Ｔｈｅａ…