abcd Boussinesq系统的高阶中心间断Galerkin-有限元方法

Boussinesq类型的方程是一类重要的非线性色散浅水波方程,广泛应用于研究小振幅浅水波的传播现象。我们考虑一个含有四个参数的Boussinesq系统:abcd Boussinesq系统,并针对该系统设计了一个高阶中心间断Galerkin-有限元方法。该方法首先将abcd Boussinesq系统改写为守恒律方程与椭圆型方程的一个耦合系统,然后采用中心局部间断Galerkin方法求解守恒律方程,使用有限元方法求解椭圆型方程,最后我们通过一系列的数值算例验证所提出方法的高阶精度和有效性。

基于雅可比矩阵精确计算的GMRES隐式方法在间断Galerkin有限元中的应用

为改善高阶间断Galerkin有限元方法(DG)时间推进效率,在三维非结构网格下针对该方法建立了并行广义最小残差(Generalized Minimal Residual,GMRES)隐式时间迭代方法,GMRES方法基于科学计算工具包PETSc中的Krylov子空间求解器实现。为进一步提高GMRES的计算效率,发展了方程组右端项残值雅可比精确计算方法,针对无黏通量Roe格式和黏性通量BR2(Bassi Rebay 2)黏性计算方法,分别解析给出其对守恒变量多项式自由度的雅可比矩阵。基于建立的方法首先采用NACA0012翼型研究了GMRES的重启次数及收敛参数对方法收敛性影响,然后采用无黏及黏性算例对比研究了基于雅可比矩阵不同计算方法的GMRES计算效率,同时对比研究了雅可比矩阵完全近似求解下GMRES和LU-SGS(Lower Upper-Symmetric Gauss-Seidel)的计算效率。结果表明,建立的基于右端项残值雅可比矩阵精确求解的GMRES方法能够大幅提高不同精度DG方法的CFL(CourantFriedrichs-Lewy)数,相比前面提到的其它方法具有更高的计算效率,其收敛速度实现量级以上的提高。

Navier-Stokes方程间断Galerkin有限元方法研究

通过引入全局提升算子和局部提升算子,发展了求解Navier-Stokes方程的间断Galerkin(discontinuousGalerkin,DG)有限元方法的一般框架,并在此框架下给出了几种典型黏性离散格式的具体表达形式.对局部提升算子的求解给出了详细的计算步骤.同时还给出了一种简单有效的计算方法来对物面边界进行高阶近似.为了能够对NS方程进行精度测试,采用对原始系统添加源项的方法构造精确解.二维Euler和NS系统的精度测试表明该方法达到了DG方法的理论精度.二维圆柱无黏绕流的计算结果表明关于物面边界的高阶近似方法能够保持DG方法原有的精度.卡门涡街数值模拟则进一步验证了该方法的正确性并且显示出DG方法较高的计算精度和分辨率.

基于局部间断Galerkin方法的p型有限元

将基于三变量能量原理的局部间断Galerkin方法 (localdiscontinuousGalerkin ,LDG)应用于 p型单元的构造 .该方法采用间断的单元试解 ,不需要满足普通有限元所必须的协调条件 ,就能使构造高阶的插值函数变得更加灵活和容易 .在此基础上 ,对应力和应变场采用Legendre正交多项式进行插值 ,避免了柔度矩阵的求逆过程 .数值算例表明这种方法构造出的 p型单元不仅升阶过程简单 ,而且具有较高的精度 .

非线性对流扩散问题的hp-局部间断Galerkin有限元方法

本文讨论了非线性对流扩散方程的hp-局部间断Galerkin有限元方法,得到了关于网格尺寸h是最优以及关于逼近次数p是次优的hp-误差估计.本文给出了数值算例,数值结果表明,LDG方法比SIPG或NIPG方法更精确且LDG方法对于罚值不敏感,而SIPG及NIPG方法对于罚值敏感.

一种模拟不可压流的节点间断有限元-格子波尔兹曼方法

基于节点间断有限元方法,本文提出了一种求解格子波尔兹曼方程(Lattice Boltzmann equation,LBE)的新方法,即节点间断有限元-格子波尔兹曼方法(Nodal discontinuous Galerkin-Lattice Boltzmann method,NDGLBM)。在该方法中,LBE的碰撞过程和迁移过程被拆分成了两步:碰撞过程用LBM多松弛时间(Multiple relaxation time,MRT)模型进行求解,迁移过程则写成对流方程并采用节点间断有限元方法进行求解。其中,空间离散采用了非结构网格,时间离散采用了四阶、五步龙格-库塔格式。为了验证NDG-LBM的可行性,文中模拟了顶盖驱动方腔流、静止单个圆柱绕流、旋转-静止双圆柱绕流以及高雷诺数NACA0012翼型绕流。计算所得的数值结果与其他文献中的结果吻合度很好。

可压缩渗流驱动问题的混合有限元和间断Galerkin方法(英文)

对于可压缩渗流驱动问题 ,我们采用混合有限元方法求解压力方程 ,用间断Galerkin方法求解浓度方程 .在使用间断Glerkin方法时引入截断算子“M” ,由此获得有关压力和浓度的最优先验误差估计 .

层合压电材料冲击问题的时域间断Galerkin有限元方法求解

构建了压电耦合动力学问题的时域间断Galerkin有限元方法,在此基础上针对冲击作用下压电材料耦合问题进行了数值模拟。强间断、高梯度的冲击荷载作用下,传统的时域连续Galerkin有限元方法在压电耦合动力学问题模拟时,间断的波阵面及层合界面处会出现强烈的虚假数值振荡,这类振荡使得问题求解的精度大大降低。为了消除这类高频数值振荡,依据所发展的时域Galerkin有限元方法原理,在最终的有限元方法求解公式中引入了比例刚度阻尼。冲击作用下一维、二维压电动力学问题算例结果表明,所发展的时域间断Galerkin有限元方法,较好地消除了这类虚假的数值振荡,并捕捉了应力波及电势波的波前波后间断特性。

间断Galerkin有限元和有限体积混合计算方法研究

通过局部坐标变换而建立的非正交单元间断Galerkin(DG)有限元计算方法计算精度高,但计算量大、内存需求大;而非结构网格有限体积方法虽然准确计算热流的问题目前还没有完全解决,但其具有计算速度快和内存需求小的优点．该研究是将有限元和有限体积方法的优点结合,发展有限元和有限体积的混合方法．在物面附近黏性占主导作用的区域内采用有限元方法进行计算,在远离物而的区域采用快速的有限体积方法进行计算,在有限元和有限体积方法结合处要保证通量守恒．通过算例说明有限元和有限体积混合方法既能保证黏性区域的热流计算精度和流场结构的分辨率,又能降低内存需求和提高计算效率,使有限元方法应用于复杂外形(实际工程问题)的计算成为可能．

Sobolev方程的时间间断Galerkin有限元方法

引入Sobolev方程的等价积分方程,构造Sobolev方程的新的时间间断Galerkin有限元格式.该格式不仅保持有限元解在时间剖分点处的间断特性,而且避免了传统时空有限元格式中跳跃项的出现,从而降低了格式理论分析和数值模拟的复杂性.证明了Sobolev方程的时间间断而空间连续的时空有限元解的稳定性、存在唯一性、L^2(H^1)和L^2(L^2)模最优误差估计,同时给出数值试验验证了所提出方法的可行性和有效性.

弹性力学问题中的间断Galerkin有限元法

将局部间断 Galerkin( LDG)方法推广应用于弹性力学平面问题 ,给出该方法对应的能量公式 .在此基础上 ,构造了局部二次完备的 L6单元 ,并对其进行数值考察 .

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.

求解RANS方程的高阶间断Galerkin方法研究

基于二维结构网格,对间断Galerkin方法(DGM)求解雷诺平均Navier-Stokes(RANS)方程进行了研究。根据混合有限元方法的思想,引入辅助变量,对粘性项中的高阶导数项进行降阶处理,再应用DGM对辅助变量方程和降阶后的RANS方程进行联立求解。对平板层流流动进行了数值模拟,结果表明,随着逼近多项式次数的增加,速度型和摩擦系数更加接近Blasius解。此外,还引入了Bald-win-Lomax湍流模型,对NACA0012翼型跨音速粘性流场进行了数值模拟,与实验结果进行了对比,进一步验证了算法的可靠性。

间断的Galerkin方法在地震波场数值模拟中的应用概述

通过数值求解描述地震波传播的微分方程来模拟波的传播角度而言,在日趋繁荣的地震波场数值模拟方法的探索中,间断的Galerkin方法(Discontinuous Galerkin,DG)是继有限差分法、伪谱法、有限元法以及谱元法之后出现的另一种有效的数值模拟方法,该方法从2005年以来在地震波场模拟中得到了迅速发展,给这一学科注入了新的活力.但是从国内的发展来看,在地震波场数值模拟方面还没有得到足够的关注.尤其是现有的综述性文献都忽略了这一方法得到的有益的成果,本文将重点介绍间断的Galerkin方法的发展及其在地震波场数值模拟的最新应用研究.

双曲型守恒律方程的自适应间断Galerkin方法

工程实际中的许多间断问题,例如空气动力学中的激波问题,其数学模型大都是非线性双曲守恒律方程.本文在Runge-Kutta间断Galerkin(RKDG)框架下,结合h型自适应方法处理了一维非线性守恒律方程初值问题和初边值问题.此方法不仅能准确描述间断的出现和位置,而且还能在间断附近适当加密网格,提高计算效率.最后,数值算例验证了算法的有效性.

并行间断有限元算法求解Navier-Stokes方程

间断Galerkin有限元方法非常适合在非结构网格上高精度求解Navier-Stokes方程,然而其十分耗费计算资源.为了提高计算效率,提出了高效的MIMD并行算法.采用隐式时间离散GMRES+LU-SGS格式,结合多重网格方法,当地时间步长加速算法收敛.为了保证各处理器间负载平衡,采用区域分解二级图方法划分网格,实现内存合理分配,数据只在相邻处理器间传递.数值模拟了RAE2822翼型和M6黏性绕流,加速比基本呈线性变化且接近理想值.结果表明了该算法能有效减少计算时间、合理分配内存,具有较高的加速比和并行效率,适合于MIMD粗粒度科学计算.

非定常线性双曲方程的差分──间断Galerkin方法及其稳定性

本文针对非定常线性双曲方程建立了对时间进行差分离散的间断──Galerkin格式，并对该格式进行了稳定性分析。

计算经典椭圆方程的局部间断Galerkin方法

讨论了椭圆型问题的局部间断Galerkin方法的发展,解释了这种方法的来源,进行了相应的误差估计,并就L-型区域进行了数值实验,实验结果与理论结果相一致。

三角网格间断有限元法弹性波模拟精度分析

精度分析是地震波数值模拟的基础。针对基于三角形网格的间断Galerkin有限元方法(DGFEM)的稳定性、数值频散及耗散问题,构建了周期性三角形单元网格,可以更灵活地分析不同形态的三角形单元对模拟精度的影响。理论和数值实验的分析结果表明:三角形网格中基于Runge-Kutta时间格式的DGFEM的稳定性条件与三角形的形态有关。模拟的最大时间步长与单元内切圆半径呈线性关系,且正三角形单元的稳定性条件最宽松。同时,基于局部Lax-Friedrichs数值流的DGFEM模拟波场呈弱频散、强耗散的特征,且频散与耗散在周期性网格中均具有方向性。此外,模拟误差与网格尺寸在双对数坐标系呈线性关系。数值实验结果对比了网格形态对波场的影响,直观地验证了理论分析的方向性差异,可为DGFEM中三角形网格的划分、参数的设置和数值流的选择提供理论依据。

计算流体力学中的间断Galerkin方法述评

间断Galerkin（DG）方法结合了有限元法（具有弱形式、有限维解和试验函数空间）和有限体积法（具有数值通量、非线性限制器）的优点，特别适合对流占优问题（如激波等线性和非线性波1的模拟研究．本文述评DG方法，强调其在计算流体力学（CFD）中的应用．文中讨论了DG方法的必要构成要素和性能特点，并介绍了该方法的一些最近研究进展，相关工作促进了DG方法在CFD领域的应用．