有限元三角网格中波动的频散分析及数值仿真

波动问题有限元离散后会引起数值误差,数值频散的本质就是数值误差传播引起的非物理解.数值频散不仅没有实际意义,而且还会影响对真实波动现象的认识.为厘清有限元三角网格中波动数值频散的影响因素,本文推导了集中质量矩阵和一致质量矩阵的频散函数,同时给出了组合质量矩阵的频散函数,并对不同质量矩阵的数值频散进行了对比研究.理论分析和数值计算结果表明:有限元三角网格中波动的数值频散受网格布局、波传播方向、单元网格纵横比以及质量矩阵的影响;一致质量矩阵的数值频散比集中质量矩阵更易受到波传播方向的影响;不合理的三角网格单元会对数值相速度(数值频散)产生不良影响;正三角网格中波动的数值频散几乎不受波传播方向的影响;一致质量矩阵与集中质量矩阵的线性组合能够有效地压制数值频散.