用一种全非线性Boussinesq方程模拟斜坡上的波浪破碎和爬高

基于一种新的二阶全非线性Boussinesq方程,采用预测-校正格式的有限差分法对该方程进行离散,建立了数值模型。模型中通过"狭槽法"来处理波浪在岸线处的动边界条件,采用涡粘模型来模拟波浪破碎引起的能量耗散。为了验证数值模型的适用性,模拟了斜坡地形上的波浪破碎和爬高。从数值结果和试验结果的比较上看,该模型可以很好地模拟近岸波浪场的实际问题。

应用二阶完全非线性Boussinesq方程模拟破碎波浪

建立了基于高阶Boussinesq水波方程的一维波浪破碎数值模型。基于一组具有二阶完全非线性特征的Bouss-inesq水波方程,建立了交错网格下的高精度差分格式,推导了适用于该组方程的永形波解析解,其和松弛造波技术相结合实现了数值波浪水槽中(强)非线性波浪的无反射入射。通过模拟封闭容器内水体晃动问题对数值格式进行了验证,通过模拟孤立波在斜坡海岸上的浅化过程说明了将方程从弱非线性发展到完全非线性的必要性。采用涡粘方法处理波浪破碎,利用物理模型实验数据,分析了模型中各波浪破碎参数对数值结果的影响并对参数进行了率定。应用该模型对规则波在斜坡海岸上的传播、变浅以及破碎过程进行了数值模拟研究,数值结果同实验数据吻合良好,验证了模型的有效性。

二阶全非线性Boussinesq方程的二维数值模拟研究

在非交错网格下采用有限差分法首次对一组非线性精确至O（μ^2）阶的全非线性Boussinesq方程数学模型进行了二维数值模拟分析。首先通过在方程的非线性项中引入缓坡假定，考察了其对模型数值精度的影响；其次，在模型中对二阶非线性项采用不同精度，考察了其对模型数值结果的影响。数值模拟结果表明，所建立的二阶完全非线性Boussinesq方程二维数值模型具有良好的适用性，模型非线性项中引入缓坡假定以及在二阶非线性项选用不同的精度对数值模拟结果影响不明显。

二阶全非线性Boussinesq方程的二维数值模拟研究

在非交错网格下采用有限差分法首次对一组非线性精确至()Ομ2阶的全非线性Boussinesq方程数学模型进行了二维数值模拟分析。首先通过在方程的非线性项中引入缓坡假定,考察了其对模型数值精度的影响;其次,在模型中对二阶非线性项采用不同精度,考察了其对模型数值结果的影响。数值模拟结果表明,所建立的二阶完全非线性Boussinesq方程二维数值模型具有良好的适用性,模型非线性项中引入缓坡假定以及在二阶非线性项选用不同的精度对数值模拟结果影响不明显。

近似到O（μ~2）阶完全非线性的Boussinesq水波方程

为了获得具有更优性能的波浪传播数学模型,对一组近似到O(μ2)阶完全非线性的Boussinesq方程进行了改进,加强过程保留高阶非线性项,改进后的方程色散性能和非线性性能均有提高.该方程可以简化为多个以水深平均速度表达的二阶Boussinesq类水波方程.理论分析了加强对方程二阶非线性和三阶非线性的影响,并将其同传统加强方式进行了比较,结果表明,含高阶非线性项的加强方式得到的方程性能更好.基于该方程,在非交错网格下建立了基于有限差分方法的高精度数值模型.利用数值模型模拟波浪在潜堤上的传播变形,探讨了2种不同加强方式以及非线性对数值结果的影响,结果表明,加强过程保留高阶非线性的方程模拟结果更佳.

基于MUSTA格式的全非线性Boussinesq波浪传播数值模型

建立了求解二维全非线性布氏(Boussinesq)水波方程的有限差分/有限体积混合数值格式.针对守恒形式的控制方程,采用有限体积方法并结合MUSTA格式计算数值通量,剩余项则采用有限差分方法求解,采用具有总变差减小(totalvariationdiminishing,TVD)性质的三阶龙格-库塔法进行时间积分.该格式具备间断捕捉、程序实现简单、数值稳定性强、海岸动边界以及波浪破碎处理方便和可调参数少等优点.利用典型算例对数值模型进行了验证,计算结果与实验数据吻合较好.

一类非线性Boussinesq方程的有界行波解

用微分方程定性理论结合数值模拟方法研究了一类非线性Boussinesq方程的有界行波.在r>0的条件下,首先把Boussinesq方程转换成一个常微平面系统.然后用定性理论讨论该平面系统的奇点性质,得到了该系统的相图分支,根据相图给出了有界行波的存在条件,并求出了有界行波的解.最后用数学软件Maple对行波方程进行数值模拟,得到了有界行波的平面模拟图.数值模拟和理论分析结果是一致的.

强非线性广义Boussinesq方程孤波解的波形分析及求解

该文建立了强非线性广义Boussinesq方程的耗散项、波速、渐进值与波形函数的导数之间的关系.利用适当变换和待定假设方法,作者求出了上述广义Boussinesq方程的扭状或钟状孤波解,还求出了以前文献中未曾提到过的余弦函数的周期波解.进一步给出了波速对波形影响的结论,即:"好"广义Boussinesq方程的行波当波速由小变大时,波形由钟状孤波变成余弦函数周期波解;"坏"广义Boussinesq方程的行波当波速由小变大时,波形由余弦函数周期波解变成钟状孤波.

非线性薛定谔(NLS)方程和变形Boussinesq方程组的精确孤立波解

用三角函数假设法和一个新辅助方程的解,构造了非线性薛定谔(NLS)方程和变形Boussinesq方程组的精确孤立波解,并给出具体例子加以验证.

Boussinesq型方程对三维非线性波传播的数值模拟

该文建立了适宜于相对水深和复杂地形的非线性波传播的三维数学模型 ,模型包括任意水深点流场与波动净压力场的求解。在均匀水深条件下就不同波高、水深及波长的组合对推进波的波面、流速场和波动净压力场进行了全面数值模拟。将计算结果与解析解或物模实验结果进行对比 ,表明模型能较好地模拟各种组合下波浪传播的波动特征以及复杂地形上非线性波的传播。

推广的β平面近似下带有外源和耗散强迫的非线性Boussinesq方程及其孤立波解

在推广的β平面近似下,从包含耗散和外源的准地转位涡方程出发,利用Gardner-Morikawa变换和弱非线性摄动展开法,推导出带有外源和耗散强迫的非线性Boussinesq方程去刻画非线性Rossby波振幅的演变和发展.利用修正的Jacobi椭圆函数展开法,得到Boussinesq方程的周期波解和孤立波解,从解的结构分析了推广的β效应、切变基本流、外源和耗散是影响非线性Rossby波的重要因素.

层结流体中带有耗散和地形强迫的非线性Boussinesq方程及其解

本文研究在层结流体中非线性Rossby波的动力学模型.利用GardnerMorikawa变换和摄动展开法,从包含耗散、地形和外热源的准地转斜压位涡方程出发,推导了强迫非线性Boussinesq方程去描述非线性Rossby波振幅的演变和发展.利用修正的Jacobi椭圆函数展开法和同伦摄动法,得到强迫非线性Boussinesq方程的解析解和近似解.解的结果表明推广的β效应、基本流剪切效应和层结效应是产生非线性Rossby孤立波的重要因素,耗散和地形是影响非线性Rossby孤立波演变的外强迫因素.

强非线性和色散性Boussinesq方程数值模型检验

采用同位网格有限差分法,建立了强非线性和色散性Boussinesq方程数值计算模型。以稳恒波Fourier近似解给定入射波边界条件,对均匀水深深水和浅水域不同非线性的行进波、缓坡地形上深水至浅水域的浅水变形波、以及缓坡和陡坡地形上的波浪水槽实验进行了数值计算,并将计算结果与解析解、解析数值解以及实验值进行了较为详细的比较,从而检验了模型的色散性、非线性以及不同底坡下非线性波的浅水变形性能。

修正的Boussinesq方程组的李对称分析、非线性自伴随及守恒律（英文）

本文证明修正的Boussinesq方程组是非线性自伴随的,这个性质为利用Ibragimov定理求解方程组的守恒律提供了先决条件.利用经典李群法求出方程组的李点对称,最优系统.最后,利用Ibragimov定理求出方程组的李对称对应的无穷多非平凡守恒律.

二阶非线性微分方程零解的全局渐近稳定性

关于二阶非线性微分方程零解的全局渐近稳定性的研究有许多令人满意的成果,但是尚嫌不足的,是这些成果多为含1,2个非线性项,3个的很少,4个的更少。本文所研究的是具有4个非线性项的问题。去掉要求Liapunov函数无穷大这个较强的条件,代之系统正半轨的有界性。正半轨线有界性的证明,是采用定性理论中构造Poin-care-Bendixson环域外境界线的方法。所得结果,比至今所见到的文献中的条件都弱。

非线性双曲型方程动边界问题的全离散有限元格式及数值分析

研究具有变动边界的三维区域上的非线性双曲型方程的初边值问题。提出一类全离散有限元逼近格式，并表明了其稳定性。通过进行空间变量代换、引入椭圆投影，以及采用其它非线性微分方程先验误差估计技巧，得到了最优阶的Ｌ２模和Ｈ１模收敛结果。

任意水深变化Boussinesq型方程非线性波数值计算

首先从一个含有耗散项的高阶非线性和频散性波浪理论模型出发 ,建立了适用于任意底坡变化 ,相对水深 h/ L0 ≤ 1的非线性波数学模型。应用全隐式交错网格和二阶精度中心差分法 ,得到离散方程组。进一步对其一阶导数项进行修正 ,达到与方程高阶项同量阶精度。精度检验表明本文计算结果与理论解和物理模型结果符合良好。

非线性“Good”Boussinesq方程的显式多辛格式

对非线性"Good"Boussinesq方程的一个多辛方程组进行数值离散,导出方程的离散多辛守恒律,得到一个与此数值离散方法等价的,新的7点显式多辛格式.通过孤立波的数值模拟试验表明,所构造格式既能很好地模拟单孤立波运动的波形,又能很好地模拟双孤立波的碰撞过程,可有效地模拟原孤立波的时间演化,具有长时间的数值稳定性.

一类非线性Sine-Gordon方程的全离散Fourier谱方法

考察了一类非线性Sine Gordon方程的全离散谱方法 ,构造了“Leap Frog”谱格式 ,用有界延拓法证明了该格式的收敛性 ,并给出了误差估计 ,截断误差是二阶的 .该格式是显格式 ,较隐格式或半隐半显格式容易上机 ,从而避免了求解非线性方程组的困难 .最后通过数值例子 ,检验了该格式的可信性 .

非线性变式Boussinesq方程的行波解及其分支研究（英文）

研究了非线性变式Boussinesq方程.利用平面动力系统分支理论得到了其行波系统的相图,并给出了孤立波解和扭波解的精确表达式.此外,还得到了参数β变化时孤立波解的动力学性质.