求解本征值问题的改进边界元法

本文提出了一种求解本征值问题的改进边界元技术,它是将Laplace方程对应的基本解用于Helmholtz方程,从而使形成的边界元方程不隐含本征量,这样大大降低了对计算机内存的要求,并提高了求解速度。     

求复折射率波导本征值的打靶法

给出了求一维缓变复折射率波导本征值的打靶法，它是对求一维实折射率波导本征值的打靶法的推广，利用它可以分析增益或损耗对ＴＥ和ＴＭ模式的影响，并给出了计算实例。     

用代数方法求算符的本征值

本文表明了通常在量子力学初级课程里研究的简单量子力学模型的本征值，可以用一种非常简单的代数方法得到，并讨论了量子力学中的几个主要模型．     

分离变量法教学内容优化及本征值问题引入方式研究

现有数学物理方法教学体系中, 分离变量法在前, 本征值问题在后. 而分离变量过程中, 又涉及到本征 值问题. 这样的安排导致学生在学习分离变量法过程中, 不能很好地理解本征值问题是分离变量法的基础, 不利于 学生严密逻辑思维能力的培养. 针对这个问题我们开展了分离变量法教学内容优化的研究, 提出一种更有利于学 生严密逻辑思维能力培养的分离变量法教学方案. 将本征值问题提前, 将其置于定解问题之后、 分离变量法之前. 进而, 为避免直接引入S t u r m L i o u v i l l e方程而导致的突兀性问题, 给出了分离变量法教学顺序调整后的S t u r m L i o u v i l l e方程的引出方案     

体积算符对任意价顶角的本征作用与本征值谱

利用体积算符所含抓三元组对自旋网任意价顶角中圈线作用的反称化和双元恒等式，证明了这种作用均为本征作用，本征值为-2.用代数方法给出了对任意价顶角求体积算符本征值的系统程式，得到了普遍情况下的3，4，5和6顶角体积本征值的具体代数表式. 关键词： 体积算符 任意价顶角 本征作用证明 本征值谱     

回旋管谐振腔本征模式计算的新算法

基于龙格库塔理论,提出了一种计算回旋管谐振腔本征模式的新方法.不同于传统计算方法,新算法只需要通过对含有本征模式谐振频率和Q值,两个变量的目标函数进行最小值优化,就能够确定出回旋管谐振腔本征模式的所有特性.通过实例的具体计算,可以证明新算法的计算效率,相对于传统计算方法有了本质上的提高. 关键词： 回旋管 算法 本征模式 计算效率     

中子输运方程中的α本征值计算

用多群Sn方法(离散纵标法)独立编制了α本征值计算程序,在一定程度上解决了次临界情形下α本征值计算遇到的困难,并对含空腔系统给出了一个简化处理模型.对标准问题的计算表明,该程序算法可靠,计算结果可信.     

七玻色模混和模型的本征态及本征值

利用参数 ，我们没有运用Bethe ansatz假设，直接求解了三种七玻色模混和模型的所有本征态和本征值。而此参数取决于一多项式的根，并且是可以在数字上严格求解的。     

双层膜极向Kerr效应的增强与其本征值之间的关系

应用相干光迭加的普遍原理，从理论上导出了双层膜情况下，介质增强后的极向Ｋｅｒｒ角（θ_k）与磁光介质本征的极向Ｋｅｒｒ角（θ⁰_k）之间关系的解析表达式，指出了光经玻璃衬底面入射到磁光介质时测量的Ｋｅｒｒ角θ_k与磁光介质本征Ｋｅｒｒ角θ⁰_k的不同，提出了一种简便的测量θ⁰_k的方法，并讨论了Ｋｅｒｒ角θ_k介质增强的物理原因，从理论上导出了等离子体吸收边情况下，双层膜的Ｋｅｒｒ角θ_k增强的关系式。 关键词：     

大规模声学边界元法的GPU并行计算

提出一种大规模声学边界元法的高效率、高精度GPU并行计算方法.基于Burton-Miller边界积分方程,推导适于GPU的并行计算格式并实现了传统边界元法的GPU加速算法.为提高原型算法的效率,研究GPU数据缓存优化方法.由于GPU的双精度浮点运算能力较低,为了降低数值误差,研究基于单精度浮点运算实现的doublesingle精度算法.数值算例表明,改进的算法实现了最高89.8%的GPU使用效率,且数值精度与直接使用双精度数相当,而计算时间仅为其1/28,显存消耗也仅为其一半.该方法可在普通PC机(8GB内存,NVIDIA Ge Force 660 Ti显卡)上快速完成自由度超过300万的大规模声学边界元分析,计算速度和内存消耗均优于快速边界元法.     

三维位势问题边界元法中几乎奇异积分的正则化

采用一种半解析正则化算法,计算了三维位势问题边界元法中近边界点的几乎强奇异和几乎超奇异面积分.该算法适用于三角形线性等参元.对高次单元将其细分为几个三节点三角形单元即可应用该算法.由于几乎奇异性,与内点邻近的单元上的积分,采用半解析正则化积分算法计算;而远处单元的积分仍保持常规高斯积分.对三维热传导算例,计算了近边界点的温度和热流.数值结果证明了该算法的有效性和精确性.     

基于等几何分析的边界元法求解Helmholtz问题

将基于一类局部双变量B样条函数的等几何分析方法和Burton-Miller方法相结合,分析三维Helmholtz问题.对于某些从二维参数域映射到三维空间具有奇异点的参数曲面,该方法可以有效地避免奇异点处大量奇异与近奇异积分的计算.数值算例表明该方法具有较好的计算精度和计算效率.复杂问题的分析表明,该方法具有良好的工程应用前景.     

Adaptive Finite Element Approximations for a Class of Nonlinear Eigenvalue Problems in Quantum Physics

In this paper, we study an adaptive finite element method for a class of nonlinear eigenvalue problems resulting from quantum physics that may have a nonconvex energy functional. We prove the convergence of adaptive finite element approximations and present several numerical examples of micro-structure of matter calculations that support our theory.     

Eigenvalue Boundary Problems for the Dirac Operator

 On a compact Riemannian spin manifold with mean-convex boundary, we analyse the ellipticity and the symmetry of four boundary conditions for the fundamental Dirac operator including the (global) APS condition and a Riemannian version of the (local) MIT bag condition. We show that Friedrich's inequality for the eigenvalues of the Dirac operator on closed spin manifolds holds for the corresponding four eigenvalue boundary problems. More precisely, we prove that, for both the APS and the MIT conditions, the equality cannot be achieved, and for the other two conditions, the equality characterizes respectively half-spheres and domains bounded by minimal hypersurfaces in manifolds carrying non-trivial real Killing spinors. Received: 12 November 2001 / Accepted: 25 June 2002 Published online: 21 October 2002 RID="*" ID="*" Research of S. Montiel is partially supported by a Spanish MCyT grant No. BFM2001-2967 and by European Union FEDER funds     

Tailored Finite Point Method for Numerical Solutions of Singular Perturbed Eigenvalue Problems

We propose two variants of tailored finite point (TFP) methods for discretizing two dimensional singular perturbed eigenvalue (SPE) problems. A continuation method and an iterative method are exploited for solving discretized systems of equations to obtain the eigen-pairs of the SPE. We study the analytical solutions of two special cases of the SPE, and provide an asymptotic analysis for the solutions. The theoretical results are verified in the numerical experiments. The numerical results demonstrate that the proposed schemes effectively resolve the delta function like of the eigenfunctions on relatively coarse grid.     

A CG-Type Method for Inverse Quadratic Eigenvalue Problems in Model Updating of Structural Dynamics

In this paper we first present a CG-type method for inverse eigenvalue problem of constructing real and symmetric matrices $M$, $D$ and $K$ for the quadratic pencil $Q(\lambda)=\lambda^2M+\lambda D+K$, so that $Q(\lambda)$ has a prescribed subset of eigenvalues and eigenvectors. This method can determine the solvability of the inverse eigenvalue problem automatically. We then consider the least squares model for updating a quadratic pencil $Q(\lambda)$. More precisely, we update the model coefficient matrices $M$, $C$ and $K$ so that (i) the updated model reproduces the measured data, (ii) the symmetry of the original model is preserved, and (iii) the difference between the analytical triplet $(M, D, K)$ and the updated triplet $(M_{\text{new}}, D_{\text{new}}, K_{\text{new}})$ is minimized. In this paper a computationally efficient method is provided for such model updating and numerical examples are given to illustrate the effectiveness of the proposed method.     

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.     

三维声场边界元法几乎奇异积分问题分析

以三维声场问题为例,提出一种准确计算高阶单元几乎奇异积分的半解析算法.首先分析高阶单元几何特征,构造近似几何量,然后应用扣除法,将奇异积分核函数分解为规则核函数与近似几何量表达的奇异核函数.规则核函数积分采用常规Gauss数值积分计算,奇异核函数积分采用半解析算法计算.给出三维声场内问题和外问题经典算例,计算了近边界点的声压,结果证明本文半解析算法的有效性和准确性.     

Inverse Eigenvalue Problems for Exploring the Dynamics of Systems Biology Models

This paper describes inverse eigenvalue problems that arise in studying qualitative dynamics in systems biology models. An algorithm based on lift-and-project iterations is proposed, where the lifting step entails solving a constrained matrix inverse eigenvalue problem. In particular, prior to carrying out the iterative steps, $a$-$priori$ bounds on the entries of the Jacobian matrix are computed by relying on the reaction network structure as well as the form of the rate law expressions for the model under consideration. Numerical results on a number of models show that the proposed algorithm can be used to computationally explore the possible dynamical scenarios while identifying the important mechanisms via the use of sparsity-promoting regularization.