多层快速多极子算法中的两步插值技术

多层快速多极子算法(MLFMA)在快速多极子算法(FMM)的基础上按多层聚集、层间转移和多层扩散的思路以达到优化矩阵向量积的运算的目的,其中多层聚集和多层扩散过程,随着层数递增,角谱积分采样点数逐层递增,为了快速计算角谱积分,需要采用插值技术和反插值技术以提高计算效率.应用两步插值技术替代传统的单步插值技术,大幅提高了多层快速多极子层间插值反插值操作的计算效率,对于应用普通个人计算机求解特大电大尺寸问题,具有重要意义.     

三维声学多层快速多极子边界元及其应用

快速多极子边界元算法可以加速矩阵和向量乘法运算, 将传统边界元算法的计算量和内存占用量分别降为O(N log²N)和O(N), 适用于大型声学模型模拟计算. 本文发展了一种基于Burton-Miller方程的三维多层声学快速多极子边界元算法. 将新的自适应树状算法应用到对角形式的快速多极子边界元算法, 并使用最新提出的解析式源点矩计算公式, 进一步提高了快速多极子边界元的计算效率. 绝对软球体在内部共振频率处的散射声场计算, 验证了所发展算法在共振频率处求解的正确性. 与Bapat所提供的程序在多脉动球体辐射声场计算精度的比较, 验证了算法及程序在大型模型声学计算中的准确性, 同时显示了其求解的高效性. 最后, 将该算法用于车内声场及水下声学探测的分析计算.     

消声器声学性能预测的子结构快速多极子边界元法

鉴于快速多极子边界元法的应用主要局限于单区域声学问题计算,发展基于子结构技术的快速多极子边界元法以计算多区域声场问题,介绍基本原理、具体实施过程以及优缺点.以带有插进口管的膨胀腔消声器为例,应用子结构快速多极子边界元法和传统边界元法计算其传递损失,通过与实验测量结果的比较,验证方法的有效性和计算精度.研究表明,快速多极子边界元法与传统边界元法相比,节点数越多,其在节省计算时间,减少计算量等方面的优势越明显.     

有耗半空间上方导体目标电磁散射的多层快速多极子算法

提出基于高阶拟合的多层快速多极子算法,用于分析有耗半空间上方导体目标的电磁散射.采用高阶拟合方法将远区相互作用单元的半空间空域格林函数用级数表示,对高阶拟合项作加法定理展开,进而应用多层快速多极子算法.该方法具有分组小,内存需求低,易于实现的优点.用数值算例验证其正确性与有效性.     

多极矩分析的教与学探讨

多极矩展开是一种重要的分析方法,由静态电磁场多极矩展开得到的电多极子和磁多极子是基础而重要的物理模型.多极矩展开表示方法、多极子模型与多极子以及电磁场相互作用是多极矩分析教学的核心内容.本文从上述三个方面展开探讨：给出静态电场和静态磁场的内部和外部多极展开;讨论多极矩展开的不同表示的关系;强调多极子是基于远源处电磁势对源进行的等效点源替代;最后,从受力与力矩方面考察电多极子和磁多极子与外电磁场的相互作用.     

国产的多极子阵列声波测井仪(MPAL)在油田开发生产中的应用

本文对国产的多极子阵列声波测井(MPAL)资料进行了分析,验证了仪器有较好的稳定性,测试结果表明:硬地层的纵波、横波、斯通利波波形清楚,幅度变化正常;通过其在岩性识别、裂缝识别、气层识别、岩石机械特性分析及各向异性的应用进行研究,能够较为准确地求取地层的纵波、横波、斯通利波的声波时差及幅度和衰减曲线,计算岩石力学参数,并进行地层各向异性评价。     

快速多极边界元法用于扩散光学断层成像研究

在求解扩散光学断层成像中的正向问题时, 目前普遍采用有限元法, 但是随着实际模型规模的增大, 有限元法的计算量问题日益显著, 而边界元法则由于可以降低计算维度使计算量减少而备受关注. 本文以均匀的高散射介质为模型, 研究了将快速多极边界元法用于扩散光学断层成像的正向问题. 快速多极边界元法利用核函数的多极展开, 将常规边界元法中系数矩阵和迭代矢量的乘积项等价为相应四叉树结构的一次递归, 再结合广义最小残量法进行迭代求解. 将计算结果和蒙特卡罗法的模拟结果进行了比较, 表明利用快速多极边界元法的模拟结果和蒙特卡罗法的结果有很好的一致性. 研究结果验证了快速多极边界元法可以用于扩散光学断层成像, 为其大规模和实时成像带来可观的前景. 关键词： 扩散光学断层成像 边界元法 快速多极边界元法     

新的对角形式快速多极边界元法求解声学Helmholtz方程

传统外部声学Helmholtz边界积分方程无法在个人计算机上求解大规模工程问题. 为了有效解决这个问题, 将快速多极方法引入到边界积分方程中, 加速系统矩阵方程组的迭代求解. 由于在边界积分方程中引入基本解的对角形式多极扩展, 新的快速多极边界元法的计算效率与传统边界元相比显著提高, 计算量和存储量减少到O(N)量级(N为问题的自由度数). 包括含有420000个自由度的大型潜艇模型数值算例验证了快速多极边界元法的准确性和高效性, 清楚表明新算法在求解大规模声学问题中的优势,     

新型快速多极边界元法求解电荷任意分布的二维静电场

在初始快速多极边界元法(FMM)基础上提出一种适合位势问题的新型快速多极边界元格式,并用于求解静电场问题.新型算法引入对角化概念,减少了形成局部展开系数的时间,提高计算效率.最后给出数值算例,证明了新型算法的计算精度及处理大规模问题的速度优势.     

新的对角形式快速多极边界元法求解声学Helmholtz方程

传统外部声学Helmholtz边界积分方程无法在个人计算机上求解大规模工程问题. 为了有效解决这个问题, 将快速多极方法引入到边界积分方程中, 加速系统矩阵方程组的迭代求解. 由于在边界积分方程中引入基本解的对角形式多极扩展, 新的快速多极边界元法的计算效率与传统边界元相比显著提高, 计算量和存储量减少到O(N)量级(N为问题的自由度数). 包括含有420000个自由度的大型潜艇模型数值算例验证了快速多极边界元法的准确性和高效性, 清楚表明新算法在求解大规模声学问题中的优势, 具有良好的工程应用前景.     

Navier-Stokes方程的线性化微分求积法

提出一种新的线性化微分求积法(LDQM),将这种目的应用到流函数和涡量形式的Navier-Stokes方程.通过LDQM,非线性方程很容易被解出来,并且容易处理压力的边界条件.为检验本目的,计算了两个数值算例.     

求解结构动力响应的卷积型DQ半解析法

通过卷积将原始控制方程构造成包含初始条件的新的具有完整初值问题特征的控制方程.该方程既与Gurtin变分原理一样有合理的数学内涵,又避免了卷积型Gurtin变分原理泛函和计算的繁复.对新的控制方程在时间域取解析函数,在空间域采用离散的DQ法,经对梁的动力响应问题的计算表明,该方法是一种精度好效率高的求解动力响应问题的计算方法.     

Application of the Generalized Differential Quadrature Method in Solving Burgers'Equations

The aim of this paper is to obtain numerical solutions of the one-dimensional, two-dimensional and coupled Burgers' equations through the generalized differential quadrature method (GDQM). The polynomial-based differential quadrature (PDQ) method is employed and the obtained system of ordinary differential equations is solved via the total variation diminishing Runge-Kutta (TVD-RK) method. The numerical solutions are satisfactorily coincident with
the exact solutions. The method can compete against the methods applied in the literature.     

Differential Quadrature Analysis of Moving Load Problems

The differential quadrature method (DQM) has been successfully used in a variety of fields. Similar to the conventional point discrete methods such as the collocation method and finite difference method, however, the DQM has some difficulty in dealing with singular functions like the Dirac-delta function. In this paper, two modifications are introduced to overcome the difficulty encountered in solving differential equations with Dirac-delta functions by using the DQM. The moving point load is work-equivalent to loads applied at all grid points and the governing equation is numerically integrated before it is discretized in terms of the differential quadrature. With these modifications, static behavior and forced vibration of beams under a stationary or a moving point load are successfully analyzed by directly using the DQM. It is demonstrated that the modified DQM can yield very accurate solutions. The compactness and computational efficiency of the DQM are retained in solving the partial differential equations with a time dependent Dirac-delta function.     

应用DQE增量迭代法分析斜直井内管柱的非线性屈曲

基于斜直井内管柱屈曲的平衡微分方程,构建DQE (Differential Quadrature Element)增量迭代法,对斜直井内管柱的非线性屈曲进行计算.通过与有限元的计算结果对比,验证方法的正确性.DQE法方法简单、易于实施,计算量少、精度较高,所得到的螺旋屈曲计算结果与实验结果吻合,最大井壁约束力随上端载荷的增加而增大.对于工程中比较长的受压段管柱,其屈曲是一个局部非线性稳定性问题,屈曲首先从下端开始发生,随着上端载荷的增加,逐渐向上扩展;上端边界条件对下端局部屈曲无明显影响.     

稳态问题混合边界积分方程的高精度求积法与分裂外推

提出了求积法解稳态问题的混合边界积分方程,它拥有高精度,低复杂度.通过并行地解粗网格上的离散方程,根据误差的多参数渐近展开,应用分裂外推算法得到高精度的近似解,同时获得后验误差估计.     

Fast multipole accelerated boundary element method for the Helmholtz equation in acoustic scattering problems

We apply the fast multipole method (FMM) accelerated boundary element method (BEM) for the three-dimensional (3D) Helmholtz equation, and as a result, large-scale acoustic scattering problems involving 400000 elements are solved efficiently. This is an extension of the fast multipole BEM for two-dimensional (2D) acoustic problems developed by authors recently. Some new improvements are obtained. In this new technique, the improved Burton-Miller formulation is employed to over-come non-uniqueness difficultie...