间断Galerkin有限元方法的误差估计与超收敛性
本文选题:间断Galerkin有限元 + 误差估计 ; 参考:《哈尔滨理工大学》2017年硕士论文
【摘要】:间断Galerkin有限元方法是一类使用允许完全间断多项式空间作为有限元空间的高分辨率数值方法。因其具有可以达到任意阶精度、容易实现h-p自适应和能够处理复杂计算区域等优点,在工程计算方面有着广泛的应用,所以对间断Galerkin有限元方法的理论研究具有十分重要的意义。本文研究的三种发展型偏微分方程分别是变系数的线性双曲守恒律方程、非线性对流扩散方程和线性五阶偏微分方程。主要讨论了这三种方程的间断Galerkin有限元解的误差估计和超收敛性。针对变系数的线性双曲守恒律方程,通过有限元分析的方法和构造特殊的投影给出了使用迎风型数值通量的间断Galerkin有限元方法的误差估计。本章最后的数值试验部分不仅验证了收敛阶是最优的,还观察到相比于方程真解,数值解更加接近真解特殊投影这一超收敛性质。为进一步研究方程系数变号时的超收敛性指明了方向。而对于非线性对流扩散方程,证明了对流项导数保号时,间断Galerkin有限元解以高于误差收敛阶半阶的速度超收敛于方程真解的Gauss-Radau投影。几个算例也印证了理论的正确性,最后通过构造误差指示器展示了超收敛性的应用。最后讨论了线性五阶方程局部间断Galerkin有限元格式的误差估计和超收敛性。本章采用了新思路选取试验函数,得到了时间上线性增长的误差和超收敛形式,说明局部间断Galerkin有限元的数值解和真解的误差在很长的时间内都不会显著增长,体现了局部间断Galerkin有限元方法求长时间数值解时的优越性。不过,通过数值试验发现,本章的超收敛阶不是最优的。
[Abstract]:The discontinuous Galerkin finite element method is a kind of high resolution numerical method which uses the fully discontinuous polynomial space as the finite element space. Because of its advantages of achieving arbitrary order accuracy, easy realization of h-p adaptation and ability to handle complex computing areas, it is widely used in engineering calculation. Therefore, the theoretical study of discontinuous Galerkin finite element method is of great significance. The three kinds of evolution partial differential equations studied in this paper are linear hyperbolic conservation law equation with variable coefficients, nonlinear convection-diffusion equation and linear fifth order partial differential equation. The error estimates and superconvergence of discontinuous Galerkin finite element solutions for these three equations are discussed. For the linear hyperbolic conservation law equation with variable coefficients, the error estimates of the discontinuous Galerkin finite element method using upwind numerical flux are given by means of finite element analysis and special projection. In the last part of this chapter, not only the convergence order is proved to be optimal, but also the superconvergence property that the numerical solution is closer to the special projection of the true solution than the true solution of the equation is observed. The direction of superconvergence is pointed out for the further study of the superconvergence when the coefficients of the equation are changed. For the nonlinear convection-diffusion equation, it is proved that the discontinuous Galerkin finite element solution superconverges to the Gauss-Radau projection of the true solution of the equation at a speed higher than the half-order of error convergence when the convection term derivative is signed. Several examples also prove the correctness of the theory. Finally, the application of superconvergence is demonstrated by constructing error indicator. Finally, the error estimates and superconvergence of locally discontinuous Galerkin finite element schemes for linear fifth order equations are discussed. In this chapter, a new idea is adopted to select the test function, and the error and superconvergence form of linear growth in time are obtained. It is shown that the error of numerical solution and true solution of locally discontinuous Galerkin finite element does not increase significantly in a very long period of time. The superiority of the local discontinuous Galerkin finite element method in solving the numerical solution of long time is demonstrated. However, numerical experiments show that the superconvergence order of this chapter is not optimal.
【学位授予单位】:哈尔滨理工大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2017
【分类号】:O241.82
【相似文献】
相关期刊论文 前10条
1 何文明,崔俊芝,张燕;关于矩形元的超收敛性[J];湘潭大学自然科学学报;2000年04期
2 张铁;导数小片插值恢复技术与超收敛性[J];计算数学;2001年01期
3 冷向;不完全三次非协调三角膜元的超收敛分析[J];山东工程学院学报;2001年03期
4 陈传淼;矩形奇妙族有限元的超收敛性[J];中国科学(A辑);2002年07期
5 赵庆华,朱起定;有限元的u-强超收敛点[J];计算数学;2004年03期
6 朱起定,赵庆华;有限元超收敛新论(英文)[J];数学进展;2004年04期
7 姜子文,王述香;粘弹性方程的有限元超收敛结果[J];科学技术与工程;2005年16期
8 许艳;王仁宏;许志强;;一类超收敛数值差商公式研究[J];计算数学;2007年01期
9 赵庆华;;一种积分形式的流量重构算法的超收敛性[J];湖南大学学报(自然科学版);2008年06期
10 刘经洪;孙海娜;朱起定;;三三次长方体有限元的超收敛[J];中国科学(A辑:数学);2009年05期
相关会议论文 前3条
1 王东东;;结构振动分析的超收敛等几何方法[A];中国力学大会——2013论文摘要集[C];2013年
2 袁驷;王枚;林永静;袁征;;有限元(线)法超收敛应力计算的新思路[A];第十一届全国结构工程学术会议论文集第Ⅰ卷[C];2002年
3 肖嘉;叶康生;袁驷;;线法二阶方程组有限元求解的EEP超收敛算法[A];第六届全国土木工程研究生学术论坛论文集[C];2008年
相关博士学位论文 前10条
1 吴超;Maxwell方程棱元超收敛研究[D];湘潭大学;2015年
2 廖歆;发展方程的高精度有限元方法研究[D];郑州大学;2016年
3 王建云;薛定谔方程有限元超收敛研究[D];湘潭大学;2016年
4 孟令雄;有限元超收敛后处理技术[D];湖南师范大学;2006年
5 许传云;一维映射中的超收敛分岔与普适性研究[D];云南大学;2014年
6 魏华yN;界面问题和Laplace-Beltrami问题中的有限元超收敛及网格生成优化研究[D];湘潭大学;2012年
7 熊之光;插值系数有限元法的超收敛性[D];湖南师范大学;2004年
8 唐义军;基于改进位移模式的有限元超收敛算法研究[D];湖南大学;2013年
9 魏继东;有限元最佳超收敛后处理技术[D];湖南师范大学;2009年
10 裴丽芳;非协调有限元方法新模式及超收敛研究[D];郑州大学;2014年
相关硕士学位论文 前10条
1 王斌;腔体电磁散射TM模型的梯度恢复和超收敛分析[D];郑州大学;2015年
2 蔡惠;直边含简支的环扇形薄板弯曲问题的哈密顿方法与有限元法[D];温州大学;2015年
3 曾强;杆件自由振动有限元新型超收敛算法研究[D];清华大学;2015年
4 钱琛庚;间断Galerkin有限元方法的误差估计与超收敛性[D];哈尔滨理工大学;2017年
5 张}液,
本文编号:2015978
本文链接:https://www.wllwen.com/kejilunwen/yysx/2015978.html