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MiniBranRAP:极小化分支判断数的AMG粗网格矩阵计算并行算法
1
作者 杜皓 毛润彰 +2 位作者 邓蕴桐 黄思路 徐小文 《计算机工程与科学》 CSCD 北大核心 2024年第7期1158-1166,共9页
代数多重网格(AMG)是科学工程计算与工业仿真领域求解大规模稀疏线性代数方程组最常用的算法之一。在启动(Setup)阶段的每个网格层,AMG需要基于限制算子R、当前细网格层矩阵A和插值算子P的稀疏矩阵乘积来计算粗网格矩阵A c=RAP,该过程是... 代数多重网格(AMG)是科学工程计算与工业仿真领域求解大规模稀疏线性代数方程组最常用的算法之一。在启动(Setup)阶段的每个网格层,AMG需要基于限制算子R、当前细网格层矩阵A和插值算子P的稀疏矩阵乘积来计算粗网格矩阵A c=RAP,该过程是AMG并行性能的主要瓶颈。首先发现了主流AMG解法器中RAP并行算法由于分支判断的平方复杂度导致的性能瓶颈,并结合稀疏矩阵CSR的行主序特点,提出了具有线性复杂度分支判断数的RAP并行算法MiniBranRAP。该算法集成到JXPAMG解法器中,并通过实际应用算例验证了算法的有效性。测试结果表明,对于6个来自实际应用的典型算例,相对于Hypre最新版本的BoomerAMG解法器,基于MiniBranRAP的JXPAMG解法器在28个进程上将Setup阶段的计算效率平均加速3.3倍、最高加速9.3倍。 展开更多
关键词 代数多重网格(amg) 粗网格矩阵计算 分支判断 Hypre JXPamg
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Biorthogonal Wavelet Based Algebraic Multigrid Preconditioners for Large Sparse Linear Systems 被引量:1
2
作者 A. Padmanabha Reddy Nagendrappa M. Bujurke 《Applied Mathematics》 2011年第11期1378-1381,共4页
In this article algebraic multigrid as preconditioners are designed, with biorthogonal wavelets, as intergrid operators for the Krylov subspace iterative methods. Construction of hierarchy of matrices in algebraic mul... In this article algebraic multigrid as preconditioners are designed, with biorthogonal wavelets, as intergrid operators for the Krylov subspace iterative methods. Construction of hierarchy of matrices in algebraic multigrid context is based on lowpass filter version of Wavelet Transform. The robustness and efficiency of this new approach is tested by applying it to large sparse, unsymmetric and ill-conditioned matrices from Tim Davis collection of sparse matrices. Proposed preconditioners have potential in reducing cputime, operator complexity and storage space of algebraic multigrid V-cycle and meet the desired accuracy of solution compared with that of orthogonal wavelets. 展开更多
关键词 algebraic multigrid PRECONDITIONER Wavelet Transform Sparse Matrix Krylov SUBSPACE ITERATIVE Methods
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标准Criss-Cross剖分下线性有限元方程的快速AMG算法
3
作者 阳莺 舒适 喻海元 《湘潭大学自然科学学报》 CAS CSCD 2001年第4期9-13,共5页
首先对标准Criss -Cross剖分下的线性有限元空间进行能量正交分解 ,通过对正交子空间的双尺度分析 ,获得了一种合适的限制算子 ,进而构造相应的AMG算法 .数值实验结果表明 ,该方法对求解椭圆方程是非常有效和健壮的 ,且与通常的代数多... 首先对标准Criss -Cross剖分下的线性有限元空间进行能量正交分解 ,通过对正交子空间的双尺度分析 ,获得了一种合适的限制算子 ,进而构造相应的AMG算法 .数值实验结果表明 ,该方法对求解椭圆方程是非常有效和健壮的 ,且与通常的代数多重网格法相比较 。 展开更多
关键词 Criss-Cross剖分 代数多重网格法 快速算法
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基于余维裂缝多孔介质渗流的差分多重网格法
4
作者 向远强 范小林 邹志涵 《贵州师范大学学报(自然科学版)》 CAS 北大核心 2024年第2期91-99,共9页
研究了余维(又称为降维)裂缝多孔介质中不可压单相流体渗流问题的一种有效数值求解方法。结合多重网格法和块中心有限差分法的优点,给出了一种块中心有限差分多重网格法求解裂缝多孔介质渗流问题,通过该方法提高了计算效率。经过数值实... 研究了余维(又称为降维)裂缝多孔介质中不可压单相流体渗流问题的一种有效数值求解方法。结合多重网格法和块中心有限差分法的优点,给出了一种块中心有限差分多重网格法求解裂缝多孔介质渗流问题,通过该方法提高了计算效率。经过数值实验,验证了该方法的有效性。 展开更多
关键词 余维裂缝 多孔介质 多重网格 块中心有限差分
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弱不连续问题高阶有限元离散系统的GAMG法
5
作者 肖映雄 王彪 李真有 《计算力学学报》 CAS CSCD 北大核心 2017年第1期35-42,共8页
弱不连续问题(如含夹杂问题)是固体力学计算中的一类重要问题。高阶有限元方法由于其具有更好的逼近效果,是确保数值解在界面保持较高精度的计算方法之一。但与线性元相比,高阶单元需要更多的计算机存储单元,具有更高的计算复杂性。本... 弱不连续问题(如含夹杂问题)是固体力学计算中的一类重要问题。高阶有限元方法由于其具有更好的逼近效果,是确保数值解在界面保持较高精度的计算方法之一。但与线性元相比,高阶单元需要更多的计算机存储单元,具有更高的计算复杂性。本文利用两水平算法的思想,将高阶有限元离散系统化归于线性元离散系统的求解,为弱不连续问题高阶有限元离散系统设计了一种新的基于几何与分析信息的代数多重网格(GAMG)法,并应用于圆形求解域含单夹杂问题的高阶有限元离散系统的求解。数值试验结果表明,相比于常用GAMG法,新方法的迭代次数基本不依赖于问题规模、单元阶次以及杨氏模量的间断性,CPU计算时间得到明显改善,具有更好的计算效率和鲁棒性,可大大提高弱不连续问题有限元分析的整体效率。 展开更多
关键词 弱不连续问题 高阶单元 条件数 两水平方法 代数多重网格法
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基于SA-AMG的弹塑性有限元计算的并行实现 被引量:1
6
作者 张倩 张健飞 《计算机应用与软件》 北大核心 2019年第3期62-67,共6页
利用增量-牛顿法和光滑聚集代数多重网格(SA-AMG)预条件共轭梯度法(PCG),实现一种弹塑性问题的有限元并行求解方法。在求解过程中,分步施加荷载并循环;在每个循环中,使用牛顿法迭代;在每次迭代中,使用SA-AMG预条件共轭梯度法并行求解线... 利用增量-牛顿法和光滑聚集代数多重网格(SA-AMG)预条件共轭梯度法(PCG),实现一种弹塑性问题的有限元并行求解方法。在求解过程中,分步施加荷载并循环;在每个循环中,使用牛顿法迭代;在每次迭代中,使用SA-AMG预条件共轭梯度法并行求解线性化后的方程组。基于Trilinos开发相应的并行程序,并在天河二号超级计算机上进行数值实验,验证算法和程序的正确性。分析光滑聚集代数多重网格法的主要参数对计算性能的影响,测试程序的并行性和可扩展性。 展开更多
关键词 弹塑性有限元法 光滑聚集代数多重网格法 并行性 可扩展性
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三维薄结构热传导问题Wilson元离散系统的DAMG法
7
作者 张申 肖映雄 郭瑞奇 《广西大学学报(自然科学版)》 CAS 北大核心 2017年第4期1291-1298,共8页
对三维薄结构问题,在进行网格剖分时,为了减少单元数目,常采用六面体薄单元,相应的高阶单元在计算精度、抗畸变程度等方面具有明显优势,但也大大增加了计算复杂性。Wilson元通过在单元内部设置附加自由度的方式来提高完全多项式的次数,... 对三维薄结构问题,在进行网格剖分时,为了减少单元数目,常采用六面体薄单元,相应的高阶单元在计算精度、抗畸变程度等方面具有明显优势,但也大大增加了计算复杂性。Wilson元通过在单元内部设置附加自由度的方式来提高完全多项式的次数,具有计算精度高且自由度又少的优点,因而在实际计算中被广泛使用。但要提高这种非协调元分析效率还需为相应离散系统设计好的求解方法。本文针对一般变系数三维薄结构热传导问题,建立了Wilson元计算格式,并将DAMG法应用于与8节点三线性元谱等价的Wilson元离散系统的求解。数值实验结果表明,与常用方法相比,基于"距离矩阵"的代数多重网格(DAMG)法具有更好的计算效率和鲁棒性(robustness)。 展开更多
关键词 热传导问题 薄结构 WILSON元 距离矩阵 代数多重网格法
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多群辐射扩散问题特征驱动的并行AMG法 被引量:1
8
作者 舒适 岳孝强 +2 位作者 何剑萌 徐小文 莫则尧 《计算物理》 CSCD 北大核心 2024年第1期87-97,共11页
对求解多群辐射扩散(MGRD)方程组的大规模离散系统的已有快速算法进行分类,给出相应的综述。基于近年来所设计的关于并行代数多重网格(AMG)方面的工作,形成基于物理量的近似Schur补型与基于物理和代数特征的组合型预条件算法和理论框架... 对求解多群辐射扩散(MGRD)方程组的大规模离散系统的已有快速算法进行分类,给出相应的综述。基于近年来所设计的关于并行代数多重网格(AMG)方面的工作,形成基于物理量的近似Schur补型与基于物理和代数特征的组合型预条件算法和理论框架,并对这些工作在该框架下的要素进行了刻画。利用上述框架,设计一种具有基本逼近性和低计算复杂度的近似Schur补型预条件子,并建立相应的谱等价理论;对比数值实验表明:新预条件子具有更好的稳健性和计算效率。最后提出需要进一步解决的若干问题。 展开更多
关键词 多群辐射扩散方程组 特征驱动 并行代数多重网格法 预条件子 近似Schur补
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An Algebraic Multigrid-Based Physical Factorization Preconditioner for the Multi-Group Radiation Diffusion Equations in Three Dimensions
9
作者 Xiaoqiang Yue Zekai Zhang +2 位作者 Xiaowen Xu Shuying Zhai Shi Shu 《Numerical Mathematics(Theory,Methods and Applications)》 SCIE CSCD 2023年第2期410-432,共23页
The paper investigates the robustness and parallel scaling properties of a novel physical factorization preconditioner with algebraic multigrid subsolves in the iterative solution of a cell-centered finite volume disc... The paper investigates the robustness and parallel scaling properties of a novel physical factorization preconditioner with algebraic multigrid subsolves in the iterative solution of a cell-centered finite volume discretization of the threedimensional multi-group radiation diffusion equations.The key idea is to take advantage of a particular kind of block factorization of the resulting system matrix and approximate the left-hand block matrix selectively spurred by parallel processing considerations.The spectral property of the preconditioned matrix is then analyzed.The practical strategy is considered sequentially and in parallel.Finally,numerical results illustrate the numerical robustness,computational efficiency and parallel strong and weak scalabilities over the real-world structured and unstructured coupled problems,showing its competitiveness with many existing block preconditioners. 展开更多
关键词 Radiation diffusion equations physical factorization preconditioning algebraic multigrid parallel and distributed computing
原文传递
求解二维三温辐射扩散方程组的一种代数两层迭代方法 被引量:12
10
作者 徐小文 莫则尧 安恒斌 《计算物理》 EI CSCD 北大核心 2009年第1期1-8,共8页
在二维三温辐射扩散方程离散代数方程组的求解中,由于光子、电子和离子温度之间存在耦合关系,而且三个温度在同种介质中有不同的扩散性质,使得经典的代数多重网格(AMG)方法难以直接应用.基于特殊粗化策略,在粗网格层解除了这种耦合关系... 在二维三温辐射扩散方程离散代数方程组的求解中,由于光子、电子和离子温度之间存在耦合关系,而且三个温度在同种介质中有不同的扩散性质,使得经典的代数多重网格(AMG)方法难以直接应用.基于特殊粗化策略,在粗网格层解除了这种耦合关系,得到一种代数两层网格方法,而粗网格方程由经典AMG方法求解.将这一算法具体应用于JFNK(Jacobian自由的Newton-Krylov)框架中预处理方程的求解,并基于该框架求解二维三温辐射扩散方程组.数值结果显示了算法的可扩展性和健壮性. 展开更多
关键词 二维三温方程 辐射扩散 代数多重网格(amg) 预条件子 Newton-Krylov(NK)
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使用代数多重网格进行多聚焦图像融合 被引量:5
11
作者 黄颖 解梅 +1 位作者 李伟生 高靖淞 《电子科技大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2015年第2期272-277,共6页
针对将代数多重网格对图像结构信息的提取能力应用到图像的融合方面进行了研究,提出了一种基于代数多重网格的自适应多聚焦图像融合算法。首先提取图像的粗网格数据,然后进行分块重建,根据分块重建结果与原始图像的均方差选择合适的源... 针对将代数多重网格对图像结构信息的提取能力应用到图像的融合方面进行了研究,提出了一种基于代数多重网格的自适应多聚焦图像融合算法。首先提取图像的粗网格数据,然后进行分块重建,根据分块重建结果与原始图像的均方差选择合适的源图像分块进入融合图像。为了避免分块之间的不连续性,采用了自适应的策略。实验结果表明,自适应图像融合的结果没有丢失有效信息,能够最大程度地将清晰物体保留在融合图像之中。 展开更多
关键词 自适应算法 代数多重网格 图像融合 图像重构 多聚焦图像
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矢量有限元素法在随钻电阻率测井模拟中的应用 被引量:26
12
作者 张中庆 穆林雪 +2 位作者 张雪 李飞虎 王卓远 《中国石油大学学报(自然科学版)》 EI CAS CSCD 北大核心 2011年第4期64-71,共8页
在三维非均匀介质中,提出一种新型的矢量有限元素法(FEM),用来模拟随钻(LWD)电阻率测井仪器的响应。在斜井和水平井中,成层的介质空间被离散成多个四面体单元,每个四面体有6个矢量棱边元。在三维地层模型中,未知数个数可以超过一百万个... 在三维非均匀介质中,提出一种新型的矢量有限元素法(FEM),用来模拟随钻(LWD)电阻率测井仪器的响应。在斜井和水平井中,成层的介质空间被离散成多个四面体单元,每个四面体有6个矢量棱边元。在三维地层模型中,未知数个数可以超过一百万个,采用代数多重网格结合多重前线解法,使用个人计算机即可求解这样大规模的线性方程。通过已发表的时域有限差分法(FDTD)的数值结果和实际测井数据,对仿真结果的有效性进行了双重验证。由此开发的算法已应用到模拟井眼、偏心、倾角、围岩校正和其他一些三维的测井响应中。所提方法也能为LWD电阻率测井仪器的设计提供理论支持。 展开更多
关键词 随钻测井 数值模拟 矢量有限元素法 多重前线解法 代数多重网格
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二维三温辐射扩散方程组两层预条件子的自适应求解 被引量:10
13
作者 周志阳 徐小文 +2 位作者 舒适 冯春生 莫则尧 《计算物理》 EI CSCD 北大核心 2012年第4期475-483,共9页
针对实际应用中若干典型三温线性系统,分析求解二维三温辐射扩散方程离散线性系统的代数两层预条件子(PCTL)的算法效率.结果表明,PCTL的算法效率与三个温度之间的耦合强度以及单温子系统对角占优性强弱程度有很大关系.为此,通过刻画三... 针对实际应用中若干典型三温线性系统,分析求解二维三温辐射扩散方程离散线性系统的代数两层预条件子(PCTL)的算法效率.结果表明,PCTL的算法效率与三个温度之间的耦合强度以及单温子系统对角占优性强弱程度有很大关系.为此,通过刻画三温线性系统的耦合强度和单温子系统对角占优性特征,提出一种PCTL中子系统的自适应求解算法.数值结果表明,可以显著改善PCTL的算法效率.对于实际数值模拟应用中37个典型三温线性系统,相对于经典AMG算法,算法整体加速2.5倍.数值实验表明算法具有很强的鲁棒性. 展开更多
关键词 二维三温方程 辐射扩散 代数多重网格(amg) 预条件子 自适应
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并行代数多重网格算法可扩展性能分析 被引量:8
14
作者 徐小文 莫则尧 《计算物理》 EI CSCD 北大核心 2007年第4期387-394,共8页
对当今求解大型稀疏线性代数方程组最有效的迭代方法之一——代数多重网格(AMG)算法的并行计算进行可扩展性能分析.给出一套并行计算可扩展性能分析方法,用于分析和指导并行迭代算法及实现技术的设计与优化并应用于并行AMG算法.分析表明... 对当今求解大型稀疏线性代数方程组最有效的迭代方法之一——代数多重网格(AMG)算法的并行计算进行可扩展性能分析.给出一套并行计算可扩展性能分析方法,用于分析和指导并行迭代算法及实现技术的设计与优化并应用于并行AMG算法.分析表明,网格算子的平均模式大小和迭代过程的算法效率分别制约了AMG算法启动阶段和迭代求解阶段并行性能的发挥,成为该类算法急需解决的两个关键问题. 展开更多
关键词 代数多重网格(amg) 迭代方法 并行计算 可扩展性分析
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一类三维等代数结构面剖分下的代数多重网格算法 被引量:8
15
作者 舒适 黄云清 +2 位作者 阳莺 蔚喜军 肖映雄 《计算物理》 CSCD 北大核心 2005年第6期488-492,共5页
对一类等代数结构面的三维非结构网格剖分,针对光滑变系数和各向异性系数的偏微分方程,给出两种非结构代数多重网格算法,数值试验表明算法的有效性和健壮性.
关键词 代数多重网格法 三维非结构网格 各向异性
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直流电阻率三维正演的代数多重网格方法(英文) 被引量:25
16
作者 鲁晶津 吴小平 Klaus Spitzer 《地球物理学报》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2010年第3期700-707,共8页
多重网格方法在求解由偏微分方程的边值问题离散所得线性系统时,具有非常高的计算效率.但常用的几何多重网格法在处理带跃变系数的偏微分方程时存在一定缺陷,限制了其应用.本文应用代数多重网格(AMG)方法求解三维直流电阻率法正演模拟... 多重网格方法在求解由偏微分方程的边值问题离散所得线性系统时,具有非常高的计算效率.但常用的几何多重网格法在处理带跃变系数的偏微分方程时存在一定缺陷,限制了其应用.本文应用代数多重网格(AMG)方法求解三维直流电阻率法正演模拟形成的有限差分线性方程组,通过求解二次场的方法消除了总场中由点电源导致的奇异性,从而获得快速、精确的三维电阻率数值模拟.对两个存在大的电性差异的模型进行了模拟计算,以验证代数多重网格法的收敛效率.计算结果表明,与不完全Cholesky共轭梯度(ICCG)方法相比,代数多重网格方法具有更高的计算效率及稳定性.而且,随着三维网格节点数的增加,代数多重网格方法计算的高效性更加明显. 展开更多
关键词 代数多重网格 三维电阻率数值模拟 电性差异
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等代数结构面网格剖分下三维弹性问题的代数多重网格法 被引量:4
17
作者 肖映雄 张平 +1 位作者 舒适 阳莺 《工程力学》 EI CSCD 北大核心 2005年第6期76-81,共6页
在一种等代数结构面网格剖分下,建立了求解三维弹性问题有限元方程的代数多重网格法及相应的预处理共轭梯度法,详细描述了代数多重网格方法中网格粗化技术与插值算子的构造,并将所构造的代数多重网格法应用于某些实际问题如非均匀介质... 在一种等代数结构面网格剖分下,建立了求解三维弹性问题有限元方程的代数多重网格法及相应的预处理共轭梯度法,详细描述了代数多重网格方法中网格粗化技术与插值算子的构造,并将所构造的代数多重网格法应用于某些实际问题如非均匀介质、高应力梯度问题的数值求解。结果表明,建立的代数多重网格法对求解三维弹性问题是十分有效的,具有很好的鲁棒性,较直接解法和其它常用迭代方法具有明显的优越性。 展开更多
关键词 三维线弹性 等代数结构 代数多重网格 插值算子 预处理
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代数多重网格法在岩体力学有限元分析中的应用 被引量:6
18
作者 谢学斌 肖映雄 +1 位作者 潘长良 舒适 《工程力学》 EI CSCD 北大核心 2005年第5期165-170,共6页
代数多重网格法具有存贮量小、收敛精度高和计算时间少等优点,将代数多重网格方法引入到岩体力学有限元计算领域,论述了基于单元聚集和能量极小意义下适于岩体力学有限元求解的代数多重网格粗化策略与插值算子,并详细描述了相应的代数... 代数多重网格法具有存贮量小、收敛精度高和计算时间少等优点,将代数多重网格方法引入到岩体力学有限元计算领域,论述了基于单元聚集和能量极小意义下适于岩体力学有限元求解的代数多重网格粗化策略与插值算子,并详细描述了相应的代数多重网格算法。数值试验表明:在岩体力学与工程问题的有限元数值计算中,代数多重网格求解法是高效的、适用的,较直接法和其他常用迭代方法具有明显的优越性。 展开更多
关键词 岩体力学 有限元分析 代数多重网格法 粗化技术 插值算子
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各向异性板应力集中问题有限元方程的预处理方法 被引量:4
19
作者 肖映雄 张平 殷水平 《湘潭大学自然科学学报》 CAS CSCD 北大核心 2005年第1期73-77,共5页
针对各向异性板应力集中问题有限元方程的数值求解,建立了一类简单且实用的代数多重网格预处理共轭梯度法(AMG -CG法) .由于该预处理方法能有效地降低刚度矩阵的条件数,使刚度矩阵的谱分布更集中,从而大大地提高了计算效率.数值结果表明... 针对各向异性板应力集中问题有限元方程的数值求解,建立了一类简单且实用的代数多重网格预处理共轭梯度法(AMG -CG法) .由于该预处理方法能有效地降低刚度矩阵的条件数,使刚度矩阵的谱分布更集中,从而大大地提高了计算效率.数值结果表明,AMG -CG法对求解应力集中问题有限元方程是十分有效和健壮的。 展开更多
关键词 应力集中 代数多重网格 转移算子 预处理
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三维弹性问题高次有限元方程的代数多层网格法 被引量:3
20
作者 肖映雄 张红梅 舒适 《计算力学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2010年第6期995-1000,1015,共7页
有限元法是数值求解三维弹性问题的一类重要的离散化方法,高次有限元又是其中的一类常用有限元。由于高次元对问题具有更好的逼近效果及具有某些特殊的优点,如能解决弹性问题的闭锁现象(Poisson’s ratiolocking),使得它们在实际计算中... 有限元法是数值求解三维弹性问题的一类重要的离散化方法,高次有限元又是其中的一类常用有限元。由于高次元对问题具有更好的逼近效果及具有某些特殊的优点,如能解决弹性问题的闭锁现象(Poisson’s ratiolocking),使得它们在实际计算中被广泛使用。但与线性元相比,它具有更高的计算复杂性。通过分析高次有限元空间与线性有限元空间之间的关系,提出了一种求解三维弹性问题高次有限元方程的两水平方法,然后,通过调用现有的代数多层网格法求解粗水平方程,建立了求解高次有限元方程的AMG法。数值实验表明,本文设计的AMG法对求解三维弹性问题高次有限元方程具有很好的计算效率和鲁棒性。 展开更多
关键词 代数多层网格 高次有限元 三维弹性问题 四面体剖分
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