基于Riemann解的二维流体力学Lagrange有限点无网格方法

在高维流体力学计算中,对于多介质大变形等一类问题,采用有网格方法常遇到较大的困难.针对二维问题,研究了一种无网格方法———Lagrange有限点方法:在求解区域上设置适当的离散点集,视其中每一点为流体力学Lagrange点;对于点集的任一点,确定邻点集合,并基于该点同邻点集合的联系,应用Godunov方法将流体力学Lagrange方程进行离散;考虑到算法的稳健性,方法中可设置较多邻点并采用最小二乘法.将该方法应用于典型的数值算例,取得了良好效果.

高维空间中代数流形上多项式空间的维数与Lagrange插值适定结点组的构造

研究高维空间中代数流形上多项式空间的Lagrange插值问题.给出了n维空间中s(1≤s≤n)个代数超曲面充分相交的概念,证明了n元m次多项式空间P(mn)在充分相交的代数流形S=s(f1,…,fs)(f1(X)=0,…,fs(X)=0表示s个代数超曲面)上的维数,并利用倒差分算子给出一个方便计算的表达式;构造了沿代数流形上插值适定结点组的叠加插值法;证明了在充分相交的代数流形上任意次插值适定结点组的存在性;给出代数流形上插值适定结点组的性质和判定条件.

Lagrange三角平动点邻近的相空间结构

构造描述一类特殊平面圆型限制性三体问题的一个映射，并用这个映射讨论了该类三体问题Ｌａｇｒａｎｇｅ 三角平动点邻近的相空间结构以及它的稳定性，发现当两个主天体的质量比μ＜ ０ ．０２１６５ 时，除去μ＝ ０ ．０１４４０ 的例外情况，三角平动点被不变曲线包围，是稳定的，这与理论结果相符，由此可解释特罗央群和希腊群小行星的稳定存在．

二维可压缩流体力学Lagrange有限点方法

提出二维可压缩流体力学问题的拉格朗日有限点方法,将求解区域离散为适当的点集.在每个时间步,每个离散点与其周围适当的五个邻点组成一个基本计算单元.在每个计算单元上,利用有限点方法中的典型微分算子的五点近似公式直接离散流体力学方程中的微分算子,并在每个方程中加上一个人为拉普拉斯粘性项,达到稳定格式的目的.给出时间步长的自动选取算法.数值算例结果验证了算法的有效性,初步展示了其计算大变形流体问题的良好发展潜力.

时间分数阶Black-Scholes方程的重心Lagrange插值配点法

针对欧式期权定价的时间分数阶Black-Scholes模型,设计一种重心Lagrange插值配点法格式.首先,采用Laplace变换近似Caputo型分数阶导数,将分数阶方程转化为整数阶方程;然后,在时-空方向上均采用重心Lagrange插值配点法进行离散,构造重心Lagrange插值配点法格式.结果表明:时间分数阶Black-Scholes方程的重心Lagrange插值配点法具有高精度和有效性.

重心Lagrange插值配点法求解气动力学方程

为了使得数值解更加准确,本文使用了重心Lagrange插值配点法来求解气动力学方程.对空间域和时间域的变量均采用切比雪夫节点离散,方程的未知函数及其偏导数采用插值函数和微分矩阵进行离散,初边值条件采用置换法进行施加,然后进行求解.此外,为了说明该方法的可靠性和有效性,本文求解了三个数值算例,同时比较了不同插值节点下三种误差值的变化.数值解和解析解图像的高度吻合表明了重心Lagrange插值配点法的实用性和有效性.

重心Lagrange插值配点法求解二维非线性Volterra积分方程

利用重心Lagrange插值配点法求解了二维非线性Volterra型积分方程。首先推导基于非线性Volterra型积分方程重心插值配点法的离散格式,然后对其收敛性进行分析,最后通过数值算例验证了该方法的有效性和高精度。

二元样条空间S^1_3(△_(CT))的局部Lagrange插值

采用B网方法,构造样条函数空间S31(△CT)的一个Lagrange插值点集P,并相应地给出一组具有局部支集的Lagrange基样条,其中△CT为Clough-Tocher加密.

非线性Schrödinger方程的龙格库塔配点格式

采用4阶龙格库塔方法结合重心Lagrange插值配点法求解非线性Schrödinger方程。首先,在空间方向上采用重心Lagrange插值配点格式进行离散,在时间方向上采用4阶龙格库塔方法离散,从而得到非线性Schrödinger方程的龙格库塔配点格式。其次,对全离散格式进行相容性分析。结果表明:龙格库塔配点格式具有高精度,且满足离散的质量和能量守恒。

SAV/重心插值配点法求解Allen-Cahn方程

采用标量辅助变量(scalar auxiliary variable, SAV)方法结合重心插值配点法求解二维Allen-Cahn方程.在时间方向上分别采用Crank-Nicolson格式、二阶向后差分格式离散,空间方向上采用重心Lagrange插值配点法离散,建立了两种无条件能量稳定SAV格式,并给出了重心插值配点格式的逼近性质.数值实验表明:两种SAV配点格式的时间收敛阶为二阶,并满足能量递减规律.与空间采用有限差分法离散对比,重心Lagrange配点格式具有指数收敛的特性.

非线性Schrödinger方程的算子分裂配点格式

采用算子分裂格式结合重心Lagrange插值配点法求解非线性Schrödinger方程.首先,将非线性Schrödinger方程分解为线性部分和非线性部分,线性部分在空间方向上采用重心Lagrange插值配点格式进行离散,在时间方向上采用Crank-Nicolson格式进行离散,非线性部分采用解析求解;然后,对线性子问题空间半离散技术进行相容性分析.最后,采用数值算例进行验证.结果表明:算子分裂配点格式具有高精度,且满足离散的质量守恒和能量守恒.

重心插值配点法求解Volterra积分方程

文章提出了求解Volterra积分方程的一种高精度数值方法:重心插值配点法(包括重心Lagrange插值配点法和重心有理插值配点法)。该方法分为两步:首先对Volterra积分方程采用两种重心插值配点法进行离散,构造出Volterra积分方程的数值求解格式;然后,依次选取第二类Chebyshev节点和等距节点进行数值计算。文章主要研究积分项中含有未知函数的一阶导函数的Volterra积分方程的离散格式构造及数值实现。数值实验结果表明:在使用第二类Chebyshev节点时,用重心Lagrange插值配点法较好;在使用等距节点时,使用重心有理插值配点法较好。

基于不变流形的登月轨道设计

研究了基于三体问题的不变流形设计低成本登月轨道的问题.考虑了黄道面和白道面之间夹角不为零的三维情况,将太阳_地球_月亮_卫星组成的四体问题分解成由太阳_地球_卫星和地球_月亮_卫星组成的非共面的两个限制三体问题.给出了这两个三体系统Halo轨道不变流形与两轨道面相交处进行小的变轨来设计低成本探月轨道的一般方法.比较结果表明用该方法设计的轨道比传统的Hohmann变轨节省约20%的燃料.从轨道能量的角度分析了用流形设计轨道比Hohmann变轨节省燃料的原因,并给出了理论表达式.该方法对于深空探测轨道设计的能量分析具有普遍的适用性,可为设计提供一个选择参数的标准.

重心Lagrange插值配点法求解Allen-Cahn和Cahn-Hilliard方程

本文研究的艾伦卡恩(Allen-Cahn)方程和卡恩希利亚德(Cahn-Hilliard)方程在材料科学和流体力学中具有广泛地应用。传统的数值方法在求解这两类方程具有一定的优势,但精度有待提高,因此寻找一种高精度的数值方法显得尤为有必要。鉴于重心Lagrange插值配点法不需要划分网格、程序简单且运算速度快等优点,本文采用此方法求解了Allen-Cahn和Cahn-Hilliard方程。在空间域和时间域的变量均采用切比雪夫节点离散,方程的未知函数及其偏导数采用插值函数和微分矩阵进行离散,初边值条件采用置换法进行施加,然后进行求解。此外,为了说明该方法的有效性,本文求解了相应的数值算例并绘制了数值解图像以及能量曲线,同时验证了方程的总自由能随时间的增加而衰减的性质。

基于FEMLIP的全风化边坡失稳破坏全过程的数值模拟研究

边坡坡角和强度是影响边坡稳定性的重要因素,而边坡失稳往往伴随着大变形的发生,其变形从数十米至数千米不等.目前,传统有限元法在处理大变形问题时常常因网格畸变而导致计算终止.因此,为了实现边坡失稳破坏全过程的模拟,并研究边坡坡角和强度对边坡稳定性的影响,基于Lagrange(拉格朗日)积分点有限元法(FEMLIP),采用C语言编写了能够模拟边坡失稳滑塌全过程的Ellipsis程序,并通过一个典型案例对该方法的正确性和可行性进行了验证.采用该方法分析了边坡在不同坡角和强度条件下的稳定性和滑坡过程.研究结果表明,Lagrange积分点有限元法可以较准确地模拟边坡的潜在滑移面,并且可以模拟边坡失稳后的滑坡发展过程,为边坡滑坡大变形分析提供了一种新的数值计算方法.

求解地震反演中的l_1模极小化模型

本文首先介绍地震反演的l_1模极小化模型,其次介绍带邻近点项的Lagrange乘子法,并证明其收敛性.然后将带邻近点项的Lagrange乘子法应用于地震反演的l_1模问题的求解.最后通过分析算法的收敛性条件对算法进行改进,从而得到自调比的带邻近点项的Lagrange乘子法.数值试验表明,改进的算法效率得到大大的提高,迭代次数减少约60%以上,计算时间也相应的减少,而且其效率受所添加的邻近点项的影响很小.

SAV方法求解Allen-Cahn方程的数值比较

该文研究基于标量辅助变量(SAV)格式下求解Allen-Cahn方程的数值比较.首先给出1维Allen-Cahn方程的SAV格式;然后,对方程的时间方向采用2阶向后差分(BDF2)格式和Crank-Nicolson(CN)格式离散,对方程的空间方向采用重心Lagrange插值配点法和2阶中心差分法离散,用离散正弦变换(DST)、快速傅里叶变换(FFT)求解差分导出的线性代数方程组;最后,通过数值算例验证重心Lagrange插值配点法是指数收敛,与差分格式比较,配点格式用较少的点就能达到较高的精度且耗时少,并进一步验证几种SAV离散格式都满足能量递减规律.

考虑太阳引力摄动的Halo轨道保持控制

研究了考虑太阳引力影响的地-月系统中绕L2点轨道的保持问题。在地-月系统圆形限制性三体问题的基础上,考虑太阳的影响,先用微分修正法得到飞行器的初始状态,然后根据方程的对称性,分别沿时间的负向、正向积分,得到绕L2点的闭合轨道。以该闭合轨道为目标轨道,根据模型的动力学特点,设计变结构滑膜控制律。仿真结果表明,该控制律能很快消除飞行器入轨时位置、速度的偏差,使飞行器在目标轨道上稳定飞行。该文的结果可应用于对月球背面的定点观测或中继站。