高阶精度非线性加权格式权函数研究综述

在简述用于捕捉间断的非线性格式发展历程的基础上,依托五阶精度WENO格式,介绍了非线性加权格式在候选模板集选取、光滑度指标计算方法及其与非线性权的函数关系等方面做出的努力。对于非等宽候选模板集的情况,给出了保证非线性加权格式精度的非线性权的量阶关系,强调了光滑度指标计算方法对格式精度和效率的重要性,提出了进一步开展多宽度模板集非线性加权格式研究的建议。

带色散的四阶抛物型方程的紧致差分格式

本研究提出一种有效求解带色散四阶抛物型方程的四阶紧致差分格式。对该方程的空间变量用四阶紧致差分格式进行离散,对离散之后得到的常微分方程组用三次Hermite插值法进行求解,得到一种空间和时间方向上都具有四阶精度的数值格式,并用傅里叶方法证明了该格式的无条件稳定性。数值实验中给出三种类型的算例,并将本研究格式与Crank-Nicolson格式进行数值比较,证明了本研究格式的有效性。结果表明,本研究格式对求解带色散的四阶抛物型方程具有很好的实用性。

2维带色散4阶扩散方程的高精度紧致格式

针对1,2维带色散4阶扩散方程提出了一种高精度紧致格式.首先采用局部1维化方法将2维问题转化为x,y方向的两个1维带色散4阶扩散方程,其次分别对3,4阶空间导数进行6阶紧致格式离散,把带色散4阶扩散方程转化为一个常微分方程组,再利用求解常微分方程组的L-稳定的Simpson方法构造时间3阶、空间6阶精度的数值格式,并证明该格式是绝对稳定的.通过数值实验和比较,验证论文格式的有效性.

基于L2-1_(σ)格式逼近时间分数阶扩散方程的差分方法及其收敛性分析

针对时间分数阶扩散方程,在时间方向上结合L2-1_(σ)格式,空间上采用二阶中心差分方法进行离散,并对离散格式进行了收敛性和稳定性分析,离散格式和分析方法可以很容易推广到空间高维情形。最后,通过数值算例对L2-1_(σ)格式和L1格式进行了误差和收敛阶的对比,显示出L2-1_(σ)格式在时间分数阶导数逼近上的优势。

一类四阶方程基于降阶格式的谱Galerkin逼近及误差估计

本文针对一类四阶方程提出了一种基于降阶格式的有效谱Galerkin逼近.首先,引入一个辅助函数,将四阶方程化为两个耦合的二阶方程,并推导了它们的弱形式及其离散格式.其次,利用Lax-Milgram引理和非一致带权Sobolev空间中正交投影算子的逼近性质,严格地证明了弱解和逼近解的存在唯一性及它们之间的误差估计.最后,通过一些数值算例,数值结果表明该算法是收敛和高精度的.

泵站水力瞬变的二阶Godunov格式模型构建

为了提高复杂泵站系统水力瞬变数值模拟的高效性和稳定性,该研究基于泵站系统水力瞬变问题,建立有限体积法Godunov格式的数学模型,对简单管道系统和复杂泵站系统进行模拟研究。与常用的特征线法求解泵站水力模型方程不同,该模型引进有限体积法二阶Godunov格式对模型进行离散,用Riemann求解器对离散通量进行求解。使用MUSCL-Hancock方法进行界面数值重构,采用MINMOD斜率限制器避免虚假震荡。提出双虚拟单元边界处理方法,实现计算区域与边界同时达到二阶精度。将所建模型计算结果与精确解、经典算例数据进行对比,并针对库朗数取值和计算网格数进行敏感性分析。结果表明:所建模型模拟结果与精确解、经典算例数据吻合较好;与特征线法相比,二阶Godunov格式更加准确、稳定且高效。对于简单管道系统,特征线法计算耗时0.227 s,二阶Godunov格式计算耗时0.017 s。对于实际泵站系统,由于存在多特性的管道结构,二阶Godunov格式模拟时需稍微降低库朗数。而采用特征线法进行泵站水力过渡过程计算时,若不调整管道长度或者波速,管道中库朗数会小于1,在该文算例中,库朗数为0.72~0.76,模拟计算结果偏差很大。所以需要调整局部管道长度或波速,以达到库朗数为1的条件,这样处理因改变管道特性而引入计算误差。综上,二阶Godunov格式模拟方法可以更有效提高传统泵站系统水力瞬变模拟的高效性、稳定性以及准确性。

五阶FD-WENO格式和二阶Godunov格式MUSCL的数值测试与定量比较

研制了用5阶FD-WENO格式(WENO5)及2阶Godunov格式(MUSCL)求解双曲守恒律组的应用软件.通过求解若干Riemann问题及较复杂的一维激波相互碰撞问题对这些软件进行测试和定量比较,发现对于Sod Riemann问题,两种格式都易于算出具有较高精度和较高分辨率的数值结果.

时间分数阶扩散方程有限体积法的隐式差分格式

对于时间Caputo型导数的扩散方程,根据Caputo型导数和Grunwald-Letnikov型导数的关系,利用Grunwald-Letnikov型导数的离散格式离散分数阶导数,构造有限体积法的隐式差分格式,并证明差分格式的无条件稳定性和无条件收敛性,并给出数值例子。

基于二阶Godunov格式的SPH方法模拟弹塑性波的传播

针对一阶Godunov格式的SPH方法的计算精度和激波分辨率不高的问题,提出了二阶Godunov格式的SPH方法。新方法在求解相互作用的粒子间黎曼问题时,认为粒子内物理量呈线性分布,用线性插值后求得的值作为黎曼问题的初始值,然后把黎曼解和Taylor展开引入到SPH方法中。应用新方法对一维弹塑性应力波的传播进行了数值模拟,并与一阶Godunov格式的SPH方法进行比较.计算结果显示新方法有效地提高了计算精度和激波分辨率,同时验证了它的稳定性。

KdV方程的一个六阶空间精度守恒差分格式

本文对含齐次边界条件的KdV方程的初边值问题进行了数值研究.通过在时间层进行二阶精度的Crank-Nicolson差分离散、在空间层进行六阶精度的外推组合差分离散,本文建立了一个具有六阶空间精度的两层非线性差分格式.该格式能够合理地模拟原问题的两个守恒量.然后,本文利用能量方法证明了格式的收敛性和稳定性.数值算例验证了该方法的有效性.

简支板边界条件下四阶问题基于降阶格式的一种有效的谱Galerkin逼近

本文研究了简支板边界条件下四阶问题基于降阶格式的一种有效的谱Galerkin逼近.通过引入一个辅助函数和适当的Sobolev空间,将原问题化为两个耦合的二阶问题,建立其弱形式和相应的离散格式,利用Lax-Milgram定理和投影算子的逼近性质,我们证明了弱解和逼近解的存在唯一性以及它们之间的误差估计.再利用Legendre多项式的正交性质构造了一组适当的基函数,推导了离散格式基于张量积的矩阵形式.最后,我们给出了一些数值算例,数值结果验证了算法的有效性和理论结果的正确性.

4阶方程基于混合格式的一种有效的Legendre-Galerkin逼近

该文提出了4阶方程基于混合格式的一种有效的Legendre-Galerkin逼近.首先,通过引入一个辅助函数,将原问题化为等价的2阶混合格式.再引入一类适当的Sobolev空间及其逼近空间,建立了2阶混合格式的弱形式和相应的离散格式;其次,利用在非一致带权Sobolev空间中正交投影算子的逼近性质,证明了逼近解的误差估计;另外,利用Legendre多项式的正交性质,构造了在逼近空间中的一组适当的基函数,使得在离散混合变分形式中的质量矩阵和刚度矩阵都是稀疏的,从而能够用共轭梯度法快速地求解.最后,给出了一些数值算例,数值结果表明了所提出的算法的有效性和高精度性.

多项时间分数阶扩散方程类Carey非协调元的误差分析

基于L^(1)全离散格式,针对具有Caputo导数的二维多项时间分数阶扩散方程给出了类Carey非协调有限元方法.利用该单元的特殊性质和分数阶导数巧妙的处理技巧导出了L^(2)模和H^(1)模意义下的最优误差估计.

四阶特征值问题基于降阶格式的一种有效的Legendre-Galerkin逼近

本文提出了四阶特征值问题基于降阶格式的一种有效的Legendre-Galerkin逼近。首先,我们引入了一个辅助函数,将原问题转化为一个二阶混合格式。通过引入一些适当的Sobolev空间,其相应的变分形式被建立,并在解足够光滑条件下证明了其等价性。其次,基于Legendre多项式的正交性质,两组紧凑的基函数被构造,并导出具有稀疏系数矩阵的线性特征系统。最后,我们给出了两个数值例子,数值结果表明了算法的收敛性与高精度。

基于五阶WENO格式的时间分数阶Burgers方程的多重网格方法

我们研究一种求解时间分数阶Burgers方程的多重网格方法。离散化过程中,时间分数阶导数采用L1公式逼近,对流项运用Lax-Friedrichs通量近似计算。在数值实验中,在不同的 取值下进行了有效的数值实验,结果证明该方法可以很好地模拟间断。

变阶Allen-Cahn方程的有限差分及收敛性分析

以泊松方程的形式表达的相场模型Allen-Cahn(AC)方程被广泛应用于图像处理、晶体生长、随机扰动等问题的研究中.为分析变阶Allen-Cahn方程的有限差分格式的收敛性,利用一个隐式的有限差分格式来对变阶AC方程进行离散,包含变阶Caputo导数的近似、二阶中心差分以及泰勒展开式的应用.根据盖尔定理和矩阵范数的性质证明了变阶Allen-Cahn方程差分格式的无条件稳定性和收敛性,并通过数值分析验证限差分格式的有效性.结果表明,通过算例的解析解和数值解之间的平面对比图,说明所采用的有限差分格式是可解且准确的.差分格式在时间、空间方向上是收敛的.

分数阶Logistic模型的差分解与环境容纳量反演

对于具有空间依赖环境容纳量的分数阶Logistic非线性增长模型,通过变量替换建立有限差分格式,在环境容纳量适当大的条件下,利用谱估计方法证明差分格式的稳定性和收敛性。进而考虑一个利用内点观测数据重建环境容纳量的反问题,应用同伦正则化算法进行数据随机扰动下的数值反演,计算结果表明反演重建解随着扰动水平的减小逐步逼近真解。

二维非线性四阶分数阶波动方程的BDF2-WSGI有限元算法

本文主要研究了二维非线性四阶分数阶波动方程的有效数值算法。通过结合二阶BDF2-WSGI时间离散格式与有限元方法对二维非线性四阶分数阶方程进行求解。首先,引入辅助变量,将分数阶四阶波动问题转化为低阶耦合方程,然后利用Riemann-Liouville分数阶积分对所得方程进行积分,最后使用WSGI逼近公式逼近分数阶积分,形成二阶BDF2有限元格式。本文给出了详细的数值算法,并通过一个二维算例进行了数值试验,验证了算法的有效性和收敛性。

人教期刊参考文献格式规范

一、普通图书、论文集、会议录、报告等[序号]主要责任者.题名:其他题名信息[文献类型标识].其他责任者.出版地:出版者,出版年:引文页码(当整体引用时不注).[1]杜威.民主主义与教育[M].王承绪,译.北京:人民教育出版社,2001:10.二、学位论文[序号]主要责任者.题名[文献类型标识].学位授予单位所在地:学位授予单位,学位授予年:页码(当整体引用时不注).[2]张玉峰.高中物理概念学习进阶及其教学应用研究[D].北京:北京师范大学,2016:15.

非线性时间分数阶四阶混合次扩散和扩散波动方程的混合有限元算法

本文数值求解了一个二维非线性时间分数阶四阶混合次扩散和扩散波动方程,在时间方向上采用L1-CN格式,在空间上通过混合有限元方法进行离散,并且在此基础上,给出了它的全离散格式。最后针对该数值格式提供了算法过程和数值算例,以及详细的收敛结果。