带吸收边界条件的声波方程显式差分格式的稳定性分析

１．引言 在进行无界或半无界区域上各种波动方程的数值求解时,需引进入工边界以限制计算范围,在这些边界上应加相应的人工边界条件．这种边界条件应保证所求得的有界区域上的解很好地逼近原来无界区域上的解．对波动方程来说,就是在边界上人工反射应尽可能地小,使之对区域内部解的影响在允许的误差范围以内.因而它们被称为无反射边界条件或吸收边界条件．这种边界条件还应保证所形成的有界区域上的微分方程定解问题是适定的．这也是各种数值方法稳定的必要条件。 近二十多年来,已发展了声波方程的各种类型的吸收边界条件,其中以Ｃｌ…     

声波方程吸收边界条件的稳定性分析

引言对于无界区域中波动现象的数值模拟，必需引进人工边界将计算限制在一个有界区域上．为了确定解，需要在人工边界上加适当的边界条件．对于声波和弹性波方程，这样的一组人工边界条件，也叫吸收边界条件，在［1，2］中被系统地构造出来．对于声波方程，这些吸收边界条件恰好是单程波方程的近似．如山中所指出，减少边界反射，便于在计算中应用和稳定性是构造吸收边界条件的三点关键．Ellgqllist和Maid。用模态分析方法15］证明，带有［IJ中构造的吸收边界条件的波动方程初边值问题是适定的，并且估计了人工边界所产生的误差．对于更广…     

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…     

无界区域上Stokes问题的自然边界元与有限元耦合法

§1.引言 对于用有限元方法求解平面有界区域上的Stokes问题,国内外已有大量工作,例如可见[2]、[9]及其所引文献.但对无界区域上的这一问题,由于区域的无界性给有限元方法带来了困难,边界元方法及边界元与有限元的耦合法便显示其优越性.本文提出用自然边界元与有限元的耦合法求解无界区域上的Stokes问题.这一耦合法早在作者以前的工作中被应用于求解调和问题、重调和问题和平面弹性问题,但将它用于求解     

无界区域上波导问题的有效谱迦略金方法(英文)

旨在求解二维无界区域上的波导问题.通过在人工边界施加精确非反射边界条件(nonreflecting boundary condition,NRBC),可以将无界问题截断为有界问题,然后,给出了在空间上用傅里叶谱迦略金方法、时间上用Newmark格式和Richardson外插技巧的数值格式来求解该有界问题.介绍了一个快速的时间行进格式来处理包含在NRBC中的时间方向的卷积.提出的算法在空间和时间上都可以达到高阶精度.另外,也证明了该截断问题的适定性.     

圆外区域求解Helmholtz方程

1引言许多科学和工程计算问题都可以归结为无界区域上的偏微分方程边值问题．而求解椭圆方程边值问题的常用技术是有限元方法,可是对于无界区域,在用有限元方法求解时,往往遇到困难．最简单的办法显然是直接略去区域的无界部分求解,但这样做或者导致过低的计算精度,或者要付出很高的计算代价．边界归化,即将求解偏微分方程边值问题转化为边界积分方程,是求解某些无界区域问题的强有力的手段．自70年代以来,有限元和     

凹角区域双曲外问题的精确人工边界条件

研究一类凹角区域双曲型外问题的数值方法.先用Newmark方法对时间进行离散化,在每个时间步求解一个椭圆外问题.然后引入人工边界,并获得精确的人工边界条件.给出半离散化问题的变分问题,证明了变分问题的适定性,并给出了误差估计.最后给出数值例子,以示该方法的可行性与有效性.     

人工边界方法

人工边界方法是数值求解无界区域上偏微分方程的一类有效计算方法。本文以二维Poisson方程的外问题和声波方程为例,介绍人工边界方法的基本思想和核心技术。     

Dirichlet外问题的概率数值方法

针对定解区域是无界区域的Dirichlet外问题,提出了一种新的有效的概率数值方法,它是从解的随机表达式出发,将无界区域上的问题转化成区域边界上的问题.此时,只要在边界上进行剖分,将问题离散化,然后在无界区域外的有界区域内构作一个辅助球,并且利用布朗运动、漂移布朗运动从球外一点出发,首中球面的位置和时间的分布等,就可以获得Dirichlet外问题的数值解.     

Dirichlet外问题的概率数值方法

针对定解区域是无界区域的Dirichlet外问题,提出了一种新的有效的概率数值方法,它是从解的随机表达式出发,将无界区域上的问题转化成区域边界上的问题.此时,只要在边界上进行剖分,将问题离散化,然后在无界区域外的有界区域内构作一个辅助球,并且利用布朗运动、漂移布朗运动从球外一点出发,首中球面的位置和时间的分布等,就可以获得Dirichlet外问题的数值解.     

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。     

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.     

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.     

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   

调和方程自然边界元Shannon 小波方法

1 引言 调和方程无论是在数学上还是在物理学中都占有重要地位,它有很多不同的物理背景,在力学和物理学中研究的许多问题都可归结为调和方程的边值问题,所以对调和方程进行深入研究有重要意义.余德浩教授在[3]中主要对调和方程在典型域(即单位圆,上半平面)上的情形进行了考虑.特别地,对单位圆的情形给出了刚度矩阵系数的计算公式和调和方程解的存在唯一性.本文采用由冯康教授[1]开创的自然边界元方法和Galerkin小波方法相耦合,对上半平面的调和方程Neumann问题进行了研究,得到十分有效的计算结果.     

A wavelets method for plane elasticity problem

A Neumann boundary value problem of plane elasticity problem in the exterior circular domain is reduced into an equivalent natural boundary integral equation and a Poisson integral formula with the DtN method. Using the trigonometric wavelets and Galerkin method, we obtain a fast numerical method for the natural boundary integral equation which has an unique solution in the quotient space. We decompose the stiffness matrix in our numerical method into four circulant and symmetrical or antisymmetrical submatrices, and hence the solution of the associated linear algebraic system can be solved with the fast Fourier transform (FFT) and the inverse fast Fourier transform (IFFT) instead of the inverse matrix. Examples are given for demonstrating our method has good accuracy of our method even though the exact solution is almost singular.     

无穷凹角区域各向异性问题的自然边界元与有限元耦合法

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与有限元耦合法.利用自然边界归化原理,获得圆弧或椭圆弧人工边界上的自然积分方程,给出了耦合的变分形式及其数值方法,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.     

椭圆外区域上的自然边界元法

１．引言 二十年来,自然边界元法已在椭圆问题求解方面取得了许多研究成果。它可以直接用来解决圆内（外）区域、扇形区域、球内（外）区域及半平面区域等特殊区域上的椭圆边值问题［１,２,５］,也可以结合有限元法求解一般区域上的椭圆边值问题,例如基于自然边界归化的耦合算法及区域分解算法就是处理断裂区域问题及外问题的一种有效手段［２－４,６］。 人们在设计求解外问题的耦合算法或者区域分解算法时,通常选取圆周或球面作人工边界。但对具有长条型内边界的外问题,以圆周或球面作人工边界显然并非最佳选择,它将会导致大量的…     

无界区域抛物方程自然边界元方法

本文应用自然边界元方法求解无界区域抛物型初边值问题。首先将控制方程对时间进行离散化,得到关于时间步长离散化的椭圆型问题。通过Fourier展开,导出相应问题的自然积分方程和Poisson积分公式。研究了自然积分算子的性质,并讨论了自然积分方程的数值解法,最后给出数值例子。从而解决了抛物型问题的自然边界归化和自然边界元方法。     

BOUNDARY ELEMENT APPROXIMATION OF STEKLOV EIGENVALUE PROBLEM FOR HELMHOLTZ EQUATION

1.IntroductionWeconsiderthefollowingStekloveigenvalueproblem:FindnonzerouandnumberA,suchthat--An u=0,infi,on,on=An,onr,(1.1)wherefiCRZisaboundeddomainwithsufficientsmoothboundaryr,4istheonoutwardllormalderivativeonr.CourantandHilb..tll]studiedthefollowingeigenvalueproblem:onac=0,infi,--~An,onr,(1.2)OnwhichwasreducedtotheeigenvalueproblemofanintegralequationbyusingtheGreen'sfunctionofAn=0withNuemannboundarycondition.FromFredholmtheorem,weknowthat(1)theproblem(1.2)hasinfinitenumberofeigenv…