间断Galerkin方法中的加权本质无振荡限制器述评

间断Galerkin(DG)有限元方法是当今求解可压缩双曲守恒律的一类重要的高精度数值方法,限制器是DG算法稳定的关键,用于控制DG格式在间断问题计算中产生的伪振荡进而保证格式的稳定性.针对以前存在的限制器不能保持格式精度、影响DG方法的空间紧致特性、多数不适用于多维或复杂网格体系等缺陷.本文综述了近十年来本课题组开展...     

基于Runge-Kutta不连续Galerkin方法的斜率限制器

采用高阶Runge-Kutta不连续Galerkin方法对欧拉方程进行数值研究。针对高分辨率数值流通量格式中斜率限制器展开研究,采用虚拟流体法这种界面处理方法和斜率限制器共同抑制数值振荡。结果表明:斜率限制器计算稳定,计算精度高,能实现计算的高精度和高分辨率;在数值计算方法采用不连续Runge-Kutta Galerkin方法,界面处理方法采用虚拟流体法的计算环境下,斜率限制器十分高效和精确,在工程应用中有广阔的前景。     

低Ma数预处理间断Galerkin算法

该文为研究间断Galerkin方法对低Ma数流动计算的实用性,将有限体积预处理矩阵方法引入间断Galerkin框架,针对低Ma数问题发展了三维粘性流动求解方法。行波算例(traveling wave)表明:在间断Galerkin框架下引入预处理矩阵方法可用于低Ma数粘性流动的计算,且能保持间断Galerkin方法原有的离散精度。顶盖驱动流动、层流边界层、后台阶湍流流动和方腔内自然对流4个经典算例,检验了预处理间断Galerkin方法求解低Ma数流动的可行性及程序的可靠性。不同Ma数绕NACA0012无粘流动算例进一步表明,该文所用预处理间断Galerkin方法计算收敛速度几乎与Ma数无关。     

对流占优的扩散问题的局部间断Galerkin方法

针对具有周期性边界条件对流占优的扩散问题中的二阶导数,引入辅助变量,构造了局部间断 Galerkin(LDG)方法,并给出了方法的稳定性结果和误差估计式.局部间断Galerkin方法是Runge-Kutta 间断 Galerkin 方法的推广,具有高阶精度,能够灵活处理复杂区域,易于处理复杂边界的边值问题,能够有效去除近似解在间断、大梯度处产生的虚假振荡.数值实验说明,当有限元空问取为一次多项式空间时,LDG 方法具有二阶收敛,误差满足理论估计式.该方法可以推广到更高阶的方程,如Korteweg-de Vries方程、重调和方程等.     

基于Runge-Kutta不连续Galerkin方法的斜率限制器研究

采用高阶Runge-Kutta不连续Galerkin方法对欧拉方程进行数值研究。针对高分辨率数值流通量格式中斜率限制器展开研究,采用虚拟流体法这种界面处理方法和斜率限制器共同抑制数值振荡。结果表明：斜率限制器计算稳定,计算精度高,能实现计算的高精度和高分辨率;在数值计算方法采用不连续Runge-KuttaGalerkin方法,界面处理方法采用虚拟流体法的计算环境下,斜率限制器十分高效和精确,在工程应用中有广阔的前景。     

一种无积分任意四边形非结构化网格节点间断Galerkin方法

节点间断Galerkin方法是近年来得到迅速发展的高精度数值方法,可以采用任意多边形网格对平面求解域进行离散.针对任意四边形非结构化网格,传统的节点间断Galerkin方法采用数值积分对离散方程进行计算,需要较大的计算量与存储空间.为了提高任意四边形非结构化网格上节点间断Galerkin方法的计算效率,提出了一种新的无积分格式实现方法,即将积分节点与插值节点定义为同一节点集,并利用节点基函数的插值性质,推导出每个单元内控制方程的无积分离散格式.通过在任意四边形非结构化网格中对二维对流方程进行数值求解,验证了新提出的无积分方法的准确性和计算效率.结果表明,无积分方法与传统数值积分方法计算误差和收敛精度基本相同,而其计算效率提高1倍以上.     

使用坏单元指示子的hp自适应RKDG算法

针对求解非线性双曲守恒律方程的Runge-Kutta间断Galerkin方法(the Runge-Kutta discontinuous Galerkin method, RKDG),为得到更好的计算效果,设计一种新的基于坏单元指示子的hp自适应算法,实现在间断区域采用密网格和低次多项式逼近,在连续区域采用粗网格和高次多项式逼近.数值试验结果表明,新的hp自适应算法兼有h和p自适应的优点,能有效节省计算消耗,提高数值解质量.     

时间分数阶扩散方程的变密度网格弱Galerkin有限元数值模拟

弱Galerkin有限元方法是经典有限元方法的延伸,该方法适用于任意多边形和多面体区域的剖分,是基于间断分片多项式的一种偏微分方程数值求解方法.本文主要用弱Galerkin有限元方法数值模拟有奇异性的二维单项时间分数阶扩散方程,选择齐次Dirichlet边界条件,得到了二维单项时间分数阶扩散的全离散的弱Galerkin有限元格式,证明了数值格式解的稳定性、L~2范数和离散的H~1范数的最优误差估计.为了得到相应的误差估计,引入了广义的椭圆投影.给出的数值算例验证了理论结果的有效性.     

求解二维半线性微分方程多解问题的间断Galerkin有限元方法

结合间断Galerkin有限元和插值系数有限元方法计算二维半线性多解问题,并通过数值例子证实了方法的有效性.     

Cahn-Hilliard方程的局部间断Galerkin方法

用局部间断Galerkin(LDG)方法构造了一维非线性Cahn-Hilliard方程的求解格式, 并分析了其稳定性,最后给出了数值模拟。     

岩石边坡中锚杆与地下水耦合的动力分析

基于对岩质边坡内锚杆与水体流固耦合问题的考虑,采用迦辽金法建立具有压缩性流体与固体流固耦合问题的动力有限元分析模型.通过在工程实例中的应用,表明随着地下水位的上升,岩质边坡随地震影响的反应增大,说明岩质边坡与水体的相互耦合对坡体结构地震反应影响显著.     

斜张索在移动载荷作用下的动力分析

首先讨论斜张索的自身平衡状态，以此为参考状态推演斜索在移动荷载作用下三维运动微分方程，根据作用荷载的特点，将三维问题简化为二维问题，以黄山索道为实例，用伽辽金法对运动进行近计计算，通过本文的研究，建立了斜索动力分析的基本理论和方法，获得小变形情况下动力应和动务的变化规律。为张索大变形等情况的研究奠定了基础。     

时间差分格式对路基Biot固结有限元分析的影响

应用虚功原理和线性差分法导出经过时空离散的Biot固结有限元方程,研究了路堤荷载作用下地基变形和孔压发展规律。采用有限元法,分析了基于常见的中心差分、Galerkin差分和全隐式差分等3种格式的结果及其相对偏差在空间和时间域的变化规律。结果表明:3 种格式的数值解答基本一致;中心差分和Galerkin差分计算的路基中心沉降在固结初期偏小,在后期则稍微偏大,而对侧向位移和超静孔压的规律则刚好相反;不同差分格式对超静孔压和坡脚附近的竖向变形影响较明显,尤其是中心差分格式的偏差较大等。可供地基设计和数值仿真时参考。     

一类非线性抛物型方程组的交替方向多步法及其理论分析

针对一类完全非线性抛物型方程组提出并分析了一类向后差分多步全离散Galerkin格式,并且用交替方向预处理迭代法求解多步全离散Galerkin法在每一时刻所产生的代数方程组,得到了最优阶的L^2模误差估计．     

基于NURBS边界元法的波浪荷载计算研究

应用基于NURBS的边界元法对船舶在波浪中的运动和荷载计算进行了研究.基于NURBS边界元法原理编制了相应的边界元法计算程序.对构建线性方程组的配点法和Galerkin法进行了比较,验证了两种方法的计算精度,结果表明Galerkin法计算结果的精度要好于配点法.使用基于NURBS的边界元法和频域三维移动脉动源格林函数,对一艘集装箱船在波浪中的运动和受到的波浪弯矩进行了计算,计算结果同已有的实验结果和数值计算结果符合良好.     

伽辽金最小二乘无网格法在几何非线性问题中的应用

目的在不需要划分单元的情况下求解几何非线性问题。方法伽辽金最小二乘无网格法(MGLS)采用移动最小二乘近似函数作为试函数,并用罚函数法施加本质边界条件,内部区域用最小二乘域,边界区域用伽辽金域,是一种与单元划分无关的无网格方法。在求解几何非线性问题时,采用了增量和修正的Newton-Raphson迭代分析的方法,并在整个分析过程中所有变量的表达格式都采用更新的拉格朗日格式。结果通过对受均布载荷作用的悬臂梁用MGLS法进行内力分析,由于考虑大变形的影响,结构呈现出比线性分析结果刚硬的性质,结果与解析解符合的很好。结论算例表明:MGLS法在求解几何非线性问题时具有可行性,而且计算精度也较好。     

Laplace方程的Galerkin边界元解法

Galerkin方法是基于变分原理基础上的一种把微分方程或积分方程转化为等价的变分方程。通过离散变分方程求原方程数值解的数值计算方法。把Laplace方程的边值问题转化为边界积分方程后，通过与边界积分方程等价的变分形式，采用线性单元，利用Galerkin边界元方法求解。在计算单元刚度矩阵时，对二重积分的第一重使用精确积分，第二重使用数值积分，从而有效克服了奇异积分的计算，数值算例验证了Galerkin方法误差的理论结果。     

稳定渗流分析的局部间断伽辽金有限元法

针对稳定渗流分析问题的特征,依据局部间断伽辽金有限元法原理,推导出稳定渗流分析问题的局部间断迦辽金有限元法基本计算格式,并对该计算格式的有效性进行探讨.通过分析基本计算格式相应的变分形式,考虑变分形式中双线性算子的稳定性及有界性,利用Lax-Milgram定理论证这一基本计算格式解的存在性、唯一性,从而证明局部间断伽辽金有限元法可以用来处理稳定渗流分析问题.通过对该格式的解进行先验误差分析,证明其近似解具有p+1阶的精度,表明相对于一般的有限元法来说,局部间断伽辽金有限元法是一种高精度的数值计算方法.     

可压缩可混溶驱动问题的共轭梯度迭代法的误差估计

有界区域上多孔介质中可压缩可混溶驱动问题由两个非线性抛物型方程藕合而成；压力方程和饱和度方程均是抛物型方程,对压力方程采用标准有限元方法，对饱和度方程用特征一有限元方法．对这两个方法离散后所得到的代数方程组，利用共轭梯度迭代法求解．通过详细的理论分析，给出了共轭梯度迭代解与原问题真解的最优阶H^1模误差估计．