0 引 言
称奇异摄动方程最高阶导数项的系数ε 为摄动参数,奇异摄动方程在弹性力学、量子力学、动力学、生物种群、最优控制等领域应用广泛。由相关研究知,当ε 较大时,不会出现奇异摄动边界层,用传统方法便可处理。当ε 较小时,往往呈现伪振荡,即边界层现象,影响数值精度。苏煜城等[1 ] 系统介绍了数值方法,MILLER等[2 ] 的研究也流传很广。
文献[3 -9 ]主要考虑一维奇异摄动的有效求解方法。KADALBAJOO等[3 ] 采用三次B-样条配点法在Shishkin网格上得到了关于最大模的收敛结果。但Shishkin分片等距网格存在一定局限性,粗略估计过渡点位置可能造成方法精度不高。GENG等[4 ] 用再生核方法模拟两端边界层现象;杨宇博等[5 ] 研究非对称内罚间断有限元法在分层网格中的一致收敛性,在一维情形下对左端附近的分层网格进行加密构建。受其启发,本文将其拓展为左右两端附近皆可用自适应迭代的网格,适用于二维情形下的x , y 方向。ZHENG等[6 ] 用混合有限差分格式处理拟线性边值问题;基于Bakhvalov-Shishkin网格,江山等[7 ] 、郑权等[8 ] 分别得到多尺度有限元法、混合差分法的奇异摄动高精度结果;CHENG[9 ] 利用局部间断有限元法有效模拟了双参数模型,并基于各范数给出了稳定性估计。
对二维奇异摄动的研究已取得一定成果,如FRANZ等[10 ] 利用单元边界稳定化技术,证明了高阶有限元格式总能得到理想的一致超收敛;BRDAR等[11 ] 面向二维对流反应扩散的双参数方程,基于Duran-Lombardi与Duran-Shishkin网格,用传统双线性有限元法得到了比Shishkin网格精度更高的能量范数误差;JIANG等[12 ] 提出了独立构造试探函数空间、检验函数空间的Petrov-Galerkin多尺度有限元基函数,在等级网格上自动消除共振误差,得到了精确、高效、稳定的一致收敛模拟;LI等[13 ] 针对反应扩散方程,基于分层网格证明了高阶Galerkin有限元的优化理论;XU等[14 ] 、CAI等[15 ] 分别给出了组合有限元、高阶有限元的鲁棒性分析与数值验证,但在二维情形下这类有限元模拟的计算代价较大。
本文针对二维奇异摄动中小参数导致的两端边界层问题,利用基于分层网格的多尺度有限元计算格式,实现较传统有限元计算格式数值精度更高、计算代价更小、运算时间更短的一致稳定结果。
1 模 型
- ε Δ u + b ⋅ ∇ u + c u = f , 在 Ω ∈ ( 0,1 ) 2 , u = g , 在 ∂ Ω , (1)
其中,ε 为奇异摄动系数,Δ 为拉普拉斯算子,b = ( b 1 , b 2 ) T 为二维向量,与梯度算子∇ = ∂ ∂ x , ∂ ∂ y T 做点积,c 为变系数,f 为右端项,g 为区域边界∂ Ω 的边界条件,u 为求解目标。
利用虚功原理,可知式(1)的变分形式是寻求u ∈ H 1 ( Ω ) ,使得
a ( u , v ) = ( f , v ) , v ∈ H 0 1 ( Ω ) , (2)
a ( u , v ) = ∫ Ω ( ε ∇ u ⋅ ∇ v + b ⋅ ∇ u ⋅ v + c u v ) d x d y ,
2 分层网格与解的分解
2.1 两端边界层的分层网格
为得到式(2)变分形式的有效近似,用有限维逼近无限维的思想进行区域离散。因常规的一致网格难以有效求解奇异摄动小参数问题,即使剖分数N 很大,其等距步长h = 1 / N 也无法满足h < ε ,故难以形成可靠的分辨率。对二维区域,先在x 方向形成适合左右两端边界层的优化分层网格,再类似处理y 方向的上下两端边界层。
分层(graded)网格[5 ] 由迭代格式生成,用摄动系数ε 和网格参数0 < h ≤ 1 计算。x 方向的节点x i 为
x i = 0 , i = 0 , i h ε , i = 1 , ( 1 + h ) x i - 1 , 2 ≤ i ≤ N - 1 , 1 , i = N , (3)
从而形成一端稠密、另一端稀疏的分层网格。为满足两端均有边界层的情况,将式(3)改进为
x i = 0 , i = 0 , i h ε , i = 1 , ( 1 + h ) x i - 1 , 2 ≤ i ≤ N 0 - 1 , 0.5 , i = N 0 , 1 - ( 1 + h ) ( 1 - x i + 1 ) , N 0 + 1 ≤ i ≤ N - 2 , 1 - i h ε , i = N - 1 , 1 , i = N , (4)
其中,N 0 由式(3)的N 得到。式(4)在x 方向的剖分数约为式(3)的2倍。记第i 单元[ x i - 1 , x i ] 的步长H i = x i - x i - 1 ,类似记y 方向第j 单元[ y j - 1 , y j ] 的步长H j = y j - y j - 1 ,边界层宽度约为τ x , τ y 。这样可将二维区域更好地离散剖分,以形成适合两端均有边界层的情况,且稠密稀疏程度不同的上下左右分层网格均可进行数值计算。
下文将验证分层网格是一种能自适应地逼近边界层位置及宽度的优化网格,其剖分数N 并非简单地成倍增加,从而突破了一致网格和Shishkin网格剖分数偶数倍加密的局限,得到了更好的数值精度与稳定结果。
2.2 解的多尺度分解
u = ∑ i = 1 3 ∑ j = 1 3 u i j , (5)
其中,u i j 的下标与图1 区域Ω 的子分块Ω i j 相对应,则各解及其导数与摄动系数ε 相关,有
∂ i + j u 22 ∂ x i ∂ y j ≤ C ,
∂ i + j u 12 ∂ x i ∂ y j ≤ C e - b 2 y ε ε - j , ∂ i + j u 32 ∂ x i ∂ y j ≤ C e b 2 ( y - 1 ) ε ε - j ,
∂ i + j u 21 ∂ x i ∂ y j ≤ C e - b 1 x ε ε - i , ∂ i + j u 23 ∂ x i ∂ y j ≤ C e b 1 ( x - 1 ) ε ε - i ,
∂ i + j u 11 ∂ x i ∂ y j ≤ C e - b 1 x ε e - b 2 y ε ε - ( i + j ) ,
∂ i + j u 13 ∂ x i ∂ y j ≤ C e b 1 ( x - 1 ) ε e - b 2 y ε ε - ( i + j ) ,
∂ i + j u 31 ∂ x i ∂ y j ≤ C e - b 1 x ε e b 2 ( y - 1 ) ε ε - ( i + j ) ,
∂ i + j u 33 ∂ x i ∂ y j ≤ C e b 1 ( x - 1 ) ε e b 2 ( y - 1 ) ε ε - ( i + j ) 。
图1
图1
区域Ω 的子分块
Fig.1
Sub-domains of domain Ω
用式(4)对两端边界层的分层网格进行区域离散,再采用多尺度有限元计算格式,使其更好地逼近子分块上多尺度解式(5)的局部形态。
3 有限元法与多尺度有限元法
3.1 有限元的变分原理
传统有限元法(FEM)通过分片多项式构造基底以形成有限维函数空间。如选定一组基ψ 0 , ψ 1 , ψ 2 , ⋯ , ψ n ,记有限元空间V h = s p a n { ψ i } i = 0 n ⊂ H 0 1 ,其变分形式对应为寻求u g ∈ V h ,使得
a ( u g , v ) = ( f , v ) , v ∈ V h , (6)
其中,u g 为Galerkin有限元解。利用等参变换ξ = x - x i - 1 H i ,η = y - y j - 1 H j ,4个局部双线性基函数依次为ψ 1 ̂ = ( 1 - ξ ) ( 1 - η ) ,ψ 2 ̂ = ξ ( 1 - η ) ,ψ 3 ̂ = ξ η ,ψ 4 ̂ = ( 1 - ξ ) η ,因此局部有限元的解u g ̂ = ∑ i = 1 4 u i ̂ ψ i ̂ ,其中u i ̂ 为局部节点离散值。通过局部节点和全局节点的对应数据结构,形成总刚度矩阵和总载荷向量,求解代数方程组,得到有限元解u g 。
当摄动系数ε 很小时,传统方法无法进行高效处理,即使x , y 方向的剖分数N F E M 取很大,二维问题仍达O ( N F E M 2 ) 量级,计算消耗巨大,难以得到可靠的数值精度,存在计算局限。
3.2 多尺度有限元的变分原理
不同于传统有限元,多尺度有限元法(MsFEM)在构造有限维空间时,不采用显式多项式函数,而采用基于与原问题相同的微分算子在粗风格单元中求解非显式基函数。在每个粗网格单元K 中用有限元法求对应的齐次子问题:
- ε Δ ϕ i + b ⋅ ∇ ϕ i + c ϕ i = 0 , 在 K , ϕ i = θ i , 在 ∂ K , (7)
其中,θ i 为单元边界上的线性边界条件。可知,式(1)是直接用传统有限元法在非常密的二维网格上求解有限元,而式(7)是间接用有限元法在较粗糙的二维网格上求多尺度基函数,其子单元剖分数为M 。
记多尺度有限元空间为U h = s p a n { ϕ i } i = 0 n ⊂ H 0 1 ,用对应的变分形式寻求u h ∈ U h ,使得
a ( u h , v ) = ( f , v ) , v ∈ U h , (8)
显然,传统有限元空间V h = s p a n { ψ i } i = 0 n 与多尺度有限元空间U h = s p a n { ϕ i } i = 0 n 不同,两者由不同的基底张成。此外,传统有限元法需在非常密的二维网格O ( N F E M 2 ) 上求解方程组
A f u g = b f , (9)
其中,A f , b f 分别表示细网格上的总刚度矩阵和总右端载荷。多尺度有限元法是在较粗的O ( N M s F E M 2 ) (其x , y 方向剖分数N M s F E M ≪ N F E M )上求解方程组
A c u h = b c , (10)
其中,A c , b c 分别表示粗网格上的总刚度矩阵和总右端载荷,得到多尺度解u h 。可以验证,多尺度有限元法的离散化多尺度基函数有效地刻画了边界层的微观信息,计算代价更小,计算精度有时较传统有限元法更高,对处理奇异摄动边界层问题具有模拟优势。
3.3 多尺度有限元解的误差估计
当真解u 用式(8)中的多尺度有限元解u h 近似时,可用两者之间的能量范数
u - u h E n e r g y 2 = u - u h L 2 2 + ε u - u h H 1 2 (11)
u - u h E n e r g y ≤ C 1 N α + ε 1 2 l n N N α + 1 m a x ω ' p + 1 2 , (12)
其中,α = p + 1 为收敛阶,当p = 1 时为线性基函数,
ω = C 1 e - x i α ε + C 2 e x i - 1 α ε C 3 e - y j α ε + C 4 e y j - 1 α ε
4 数值验证
用已有文献算例和程序结果验证相应方法的精度和效率,本文仅讨论当ε 很小时产生奇异摄动边界层求解困境的情况。将分层网格上与传统有限元、多尺度有限元对应的结果分别记作FEM(G)和MsFEM(G),用真解、近似解和误差的三维图示、范数值分析度量实际模拟效果。
令b = ( - 2 , - 2 ) T ,变系数c = e x + y ,式(1)的真解来自文献[13 ],为
u ( x , y ) = 1 - e - x ε 1 - e x - 1 ε × 1 - e - y ε 1 - e y - 1 ε 。 (13)
当ε = 10 - 1 和 10 - 5 时的真解见图2 。可知,当ε 较大时,解光滑且无边界层现象;当ε 很小时,边界层出现了上下左右四边界。分别用传统有限元法与多尺度有限元法求解,2种方法结合自适应的分层网格均能很好地模拟ε = 10 - 5 时的真解,见图3 。
图2
图2
当ε =10 - 1 和 10 - 5 时的真解
Fig.2
Exact solutions when ε = 10 - 1 and 10 - 5 ,respectively
图3
图3
当ε = 10 - 5 时传统有限元法与多尺度有限元法的解
Fig.3
The solutions of FEM(G) and MsFEM(G) when ε = 10 - 5
为更清晰地展现相应方法的精确性与稳定性,通过网格加密的方法观察数值变化。表格格式与文献[5 ]的表1 与表2 一致,区别在于文献[5 ]处理的是一维问题,行数较多、单方向剖分数较小,本文研究的是二维问题,因受算力限制,行数较少、单方向两端边界层的剖分数较大。由表1 知,无论摄动参数如何选取,依据网格参数h 的递减ε ,由迭代式(4)自适应生成两端疏密不同的分层网格,用于离散化计算。横向看,表1 中单方向剖分数N 、范数误差均微增,纵向看,其范数误差随h 递减呈稳定收敛。表1 为用传统有限元法求解二维问题,若网格剖分数N F E M 较大,计算消耗很大,继续剖分将超出单机的运行限定,具有一定的局限性。表2 采用的是多尺度有限元法,仅在较粗的分层网格N M s F E M 上计算误差的能量范数,求式(7)时其子单元剖分数M = 4 ,对应行的精度略逊于表1 ,但其计算消耗小、时间短,继续剖分能得到更精确的结果,其收敛结果与理论估计式(12)一致。另需指出,多尺度有限元法的精度在剖分数N M s F E M =222,262,300时较传统有限元法在剖分数N F E M =240,288,328时更高。当然此优化结果也有计算消耗,主要用以刻画奇异摄动问题的边界层微观属性。
当ε = 10 - 5 时,2种数值方法在大致相当的剖分数N F E M 2 = 136 2 和N M s F E M 2 = 112 2 下的对应误差直观比较见图4 。可以验证,传统有限元法与多尺度有限元法结合分层网格均有效逼近了x 轴、y 轴、x = 1 、y = 1 的四边边界层,两者的误差上限均有效控制在1%内,展示了很好的模拟效果。再对应给出剖分数N F E M 2 = 240 2 和N M s F E M 2 = 222 2 的误差比较,两者上限分别为3 × 10 - 3 和8 × 10 - 3 ,且后者在全局范围误差实现了整体消磨,边界层误差不如前者明显,但在区域中部表现出一定的振荡,如图5 所示。
图4
图4
当ε = 10 - 5 时传统有限元法于N F E M = 136 和多尺度有限元法于N M s F E M = 112 的误差
Fig.4
Errors of FEM(G) on N F E M = 136 and MsFEM(G) on N M s F E M = 112 when ε = 10 - 5
图5
图5
当ε = 10 - 5 时传统有限元法于N F E M = 240 和多尺度有限元法于N M s F E M = 222 的误差
Fig.5
Errors of FEM(G) on N F E M = 240 and MsFEM(G) on N M s F E M = 222 when ε = 10 - 5
在上述数值精度与稳定分析的基础上,考虑2种数值方法所需的运行时间和效率,表3 给出了当ε = 10 - 5 时台式机Intel Core i9 CPU 3.7 GHz运行相应程序所需的CPU时间,可见在较密二维网格上用传统有限元法所需的CPU时间是同一行较粗二维网格用多尺度有限元法的近10倍,显然多尺度有限元法的计算效率更高。进一步,图6 为摄动参数取更小(10 - 6 与10 - 7 )时相应方法的CPU时间与剖分数的对数比例关系,再次证实了多尺度有限元法的计算代价更小、计算效率更高。
图6
图6
ε =10 - 6 和10 - 7 时2种方法的剖分数N 与CPU时间的log-log图示
Fig.6
Two methods' log-log on partition N and CPU time when ε = 10 - 6 and 10 - 7
综上所述,多尺度有限元法只需在较粗分层网格上进行计算,消耗的计算资源较少,且能保证稳定收敛的有效精度,因此,多尺度有限元法在高维奇异摄动问题求解中具有广阔的应用前景。
5 结束语
基于自适应的分层网格生成机制,主要利用多尺度有限元法处理奇异摄动的二维对流扩散变系数方程。用分层迭代精确逼近边界层位置与宽度,结合多尺度计算格式有效捕捉了两端边界层的微观信息,实现了不依赖摄动系数的精确高效模拟结果,充分展现了多尺度有限元法结合分层网格求解高维奇异摄动问题的一致稳定性和优势。
http://dx.doi.org/10.3785/j.issn.1008-9497.2022.05.007
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... 文献[3 -9 ]主要考虑一维奇异摄动的有效求解方法.KADALBAJOO等[3 ] 采用三次B-样条配点法在Shishkin网格上得到了关于最大模的收敛结果.但Shishkin分片等距网格存在一定局限性,粗略估计过渡点位置可能造成方法精度不高.GENG等[4 ] 用再生核方法模拟两端边界层现象;杨宇博等[5 ] 研究非对称内罚间断有限元法在分层网格中的一致收敛性,在一维情形下对左端附近的分层网格进行加密构建.受其启发,本文将其拓展为左右两端附近皆可用自适应迭代的网格,适用于二维情形下的x , y 方向.ZHENG等[6 ] 用混合有限差分格式处理拟线性边值问题;基于Bakhvalov-Shishkin网格,江山等[7 ] 、郑权等[8 ] 分别得到多尺度有限元法、混合差分法的奇异摄动高精度结果;CHENG[9 ] 利用局部间断有限元法有效模拟了双参数模型,并基于各范数给出了稳定性估计. ...
... 分层(graded)网格[5 ] 由迭代格式生成,用摄动系数ε 和网格参数0 < h ≤ 1 计算.x 方向的节点x i 为 ...
... 为更清晰地展现相应方法的精确性与稳定性,通过网格加密的方法观察数值变化.表格格式与文献[5 ]的表1 与表2 一致,区别在于文献[5 ]处理的是一维问题,行数较多、单方向剖分数较小,本文研究的是二维问题,因受算力限制,行数较少、单方向两端边界层的剖分数较大.由表1 知,无论摄动参数如何选取,依据网格参数h 的递减ε ,由迭代式(4) 自适应生成两端疏密不同的分层网格,用于离散化计算.横向看,表1 中单方向剖分数N 、范数误差均微增,纵向看,其范数误差随h 递减呈稳定收敛.表1 为用传统有限元法求解二维问题,若网格剖分数N F E M 较大,计算消耗很大,继续剖分将超出单机的运行限定,具有一定的局限性.表2 采用的是多尺度有限元法,仅在较粗的分层网格N M s F E M 上计算误差的能量范数,求式(7) 时其子单元剖分数M = 4 ,对应行的精度略逊于表1 ,但其计算消耗小、时间短,继续剖分能得到更精确的结果,其收敛结果与理论估计式(12) 一致.另需指出,多尺度有限元法的精度在剖分数N M s F E M =222,262,300时较传统有限元法在剖分数N F E M =240,288,328时更高.当然此优化结果也有计算消耗,主要用以刻画奇异摄动问题的边界层微观属性. ...
... 一致,区别在于文献[5 ]处理的是一维问题,行数较多、单方向剖分数较小,本文研究的是二维问题,因受算力限制,行数较少、单方向两端边界层的剖分数较大.由表1 知,无论摄动参数如何选取,依据网格参数h 的递减ε ,由迭代式(4) 自适应生成两端疏密不同的分层网格,用于离散化计算.横向看,表1 中单方向剖分数N 、范数误差均微增,纵向看,其范数误差随h 递减呈稳定收敛.表1 为用传统有限元法求解二维问题,若网格剖分数N F E M 较大,计算消耗很大,继续剖分将超出单机的运行限定,具有一定的局限性.表2 采用的是多尺度有限元法,仅在较粗的分层网格N M s F E M 上计算误差的能量范数,求式(7) 时其子单元剖分数M = 4 ,对应行的精度略逊于表1 ,但其计算消耗小、时间短,继续剖分能得到更精确的结果,其收敛结果与理论估计式(12) 一致.另需指出,多尺度有限元法的精度在剖分数N M s F E M =222,262,300时较传统有限元法在剖分数N F E M =240,288,328时更高.当然此优化结果也有计算消耗,主要用以刻画奇异摄动问题的边界层微观属性. ...
分层网格上奇异摄动问题的一致NIPG分析
4
2014
... 文献[3 -9 ]主要考虑一维奇异摄动的有效求解方法.KADALBAJOO等[3 ] 采用三次B-样条配点法在Shishkin网格上得到了关于最大模的收敛结果.但Shishkin分片等距网格存在一定局限性,粗略估计过渡点位置可能造成方法精度不高.GENG等[4 ] 用再生核方法模拟两端边界层现象;杨宇博等[5 ] 研究非对称内罚间断有限元法在分层网格中的一致收敛性,在一维情形下对左端附近的分层网格进行加密构建.受其启发,本文将其拓展为左右两端附近皆可用自适应迭代的网格,适用于二维情形下的x , y 方向.ZHENG等[6 ] 用混合有限差分格式处理拟线性边值问题;基于Bakhvalov-Shishkin网格,江山等[7 ] 、郑权等[8 ] 分别得到多尺度有限元法、混合差分法的奇异摄动高精度结果;CHENG[9 ] 利用局部间断有限元法有效模拟了双参数模型,并基于各范数给出了稳定性估计. ...
... 分层(graded)网格[5 ] 由迭代格式生成,用摄动系数ε 和网格参数0 < h ≤ 1 计算.x 方向的节点x i 为 ...
... 为更清晰地展现相应方法的精确性与稳定性,通过网格加密的方法观察数值变化.表格格式与文献[5 ]的表1 与表2 一致,区别在于文献[5 ]处理的是一维问题,行数较多、单方向剖分数较小,本文研究的是二维问题,因受算力限制,行数较少、单方向两端边界层的剖分数较大.由表1 知,无论摄动参数如何选取,依据网格参数h 的递减ε ,由迭代式(4) 自适应生成两端疏密不同的分层网格,用于离散化计算.横向看,表1 中单方向剖分数N 、范数误差均微增,纵向看,其范数误差随h 递减呈稳定收敛.表1 为用传统有限元法求解二维问题,若网格剖分数N F E M 较大,计算消耗很大,继续剖分将超出单机的运行限定,具有一定的局限性.表2 采用的是多尺度有限元法,仅在较粗的分层网格N M s F E M 上计算误差的能量范数,求式(7) 时其子单元剖分数M = 4 ,对应行的精度略逊于表1 ,但其计算消耗小、时间短,继续剖分能得到更精确的结果,其收敛结果与理论估计式(12) 一致.另需指出,多尺度有限元法的精度在剖分数N M s F E M =222,262,300时较传统有限元法在剖分数N F E M =240,288,328时更高.当然此优化结果也有计算消耗,主要用以刻画奇异摄动问题的边界层微观属性. ...
... 一致,区别在于文献[5 ]处理的是一维问题,行数较多、单方向剖分数较小,本文研究的是二维问题,因受算力限制,行数较少、单方向两端边界层的剖分数较大.由表1 知,无论摄动参数如何选取,依据网格参数h 的递减ε ,由迭代式(4) 自适应生成两端疏密不同的分层网格,用于离散化计算.横向看,表1 中单方向剖分数N 、范数误差均微增,纵向看,其范数误差随h 递减呈稳定收敛.表1 为用传统有限元法求解二维问题,若网格剖分数N F E M 较大,计算消耗很大,继续剖分将超出单机的运行限定,具有一定的局限性.表2 采用的是多尺度有限元法,仅在较粗的分层网格N M s F E M 上计算误差的能量范数,求式(7) 时其子单元剖分数M = 4 ,对应行的精度略逊于表1 ,但其计算消耗小、时间短,继续剖分能得到更精确的结果,其收敛结果与理论估计式(12) 一致.另需指出,多尺度有限元法的精度在剖分数N M s F E M =222,262,300时较传统有限元法在剖分数N F E M =240,288,328时更高.当然此优化结果也有计算消耗,主要用以刻画奇异摄动问题的边界层微观属性. ...
Uniformly convergent hybrid schemes for solutions and derivatives in quasilinear singularly perturbed BVPs
1
2015
... 文献[3 -9 ]主要考虑一维奇异摄动的有效求解方法.KADALBAJOO等[3 ] 采用三次B-样条配点法在Shishkin网格上得到了关于最大模的收敛结果.但Shishkin分片等距网格存在一定局限性,粗略估计过渡点位置可能造成方法精度不高.GENG等[4 ] 用再生核方法模拟两端边界层现象;杨宇博等[5 ] 研究非对称内罚间断有限元法在分层网格中的一致收敛性,在一维情形下对左端附近的分层网格进行加密构建.受其启发,本文将其拓展为左右两端附近皆可用自适应迭代的网格,适用于二维情形下的x , y 方向.ZHENG等[6 ] 用混合有限差分格式处理拟线性边值问题;基于Bakhvalov-Shishkin网格,江山等[7 ] 、郑权等[8 ] 分别得到多尺度有限元法、混合差分法的奇异摄动高精度结果;CHENG[9 ] 利用局部间断有限元法有效模拟了双参数模型,并基于各范数给出了稳定性估计. ...
多尺度有限元结合Bakhvalov-Shishkin网格法高效处理边界层问题
1
2015
... 文献[3 -9 ]主要考虑一维奇异摄动的有效求解方法.KADALBAJOO等[3 ] 采用三次B-样条配点法在Shishkin网格上得到了关于最大模的收敛结果.但Shishkin分片等距网格存在一定局限性,粗略估计过渡点位置可能造成方法精度不高.GENG等[4 ] 用再生核方法模拟两端边界层现象;杨宇博等[5 ] 研究非对称内罚间断有限元法在分层网格中的一致收敛性,在一维情形下对左端附近的分层网格进行加密构建.受其启发,本文将其拓展为左右两端附近皆可用自适应迭代的网格,适用于二维情形下的x , y 方向.ZHENG等[6 ] 用混合有限差分格式处理拟线性边值问题;基于Bakhvalov-Shishkin网格,江山等[7 ] 、郑权等[8 ] 分别得到多尺度有限元法、混合差分法的奇异摄动高精度结果;CHENG[9 ] 利用局部间断有限元法有效模拟了双参数模型,并基于各范数给出了稳定性估计. ...
多尺度有限元结合Bakhvalov-Shishkin网格法高效处理边界层问题
1
2015
... 文献[3 -9 ]主要考虑一维奇异摄动的有效求解方法.KADALBAJOO等[3 ] 采用三次B-样条配点法在Shishkin网格上得到了关于最大模的收敛结果.但Shishkin分片等距网格存在一定局限性,粗略估计过渡点位置可能造成方法精度不高.GENG等[4 ] 用再生核方法模拟两端边界层现象;杨宇博等[5 ] 研究非对称内罚间断有限元法在分层网格中的一致收敛性,在一维情形下对左端附近的分层网格进行加密构建.受其启发,本文将其拓展为左右两端附近皆可用自适应迭代的网格,适用于二维情形下的x , y 方向.ZHENG等[6 ] 用混合有限差分格式处理拟线性边值问题;基于Bakhvalov-Shishkin网格,江山等[7 ] 、郑权等[8 ] 分别得到多尺度有限元法、混合差分法的奇异摄动高精度结果;CHENG[9 ] 利用局部间断有限元法有效模拟了双参数模型,并基于各范数给出了稳定性估计. ...
奇异摄动问题在修正的Bakhvalov-Shishkin网格上的混合差分格式
1
2020
... 文献[3 -9 ]主要考虑一维奇异摄动的有效求解方法.KADALBAJOO等[3 ] 采用三次B-样条配点法在Shishkin网格上得到了关于最大模的收敛结果.但Shishkin分片等距网格存在一定局限性,粗略估计过渡点位置可能造成方法精度不高.GENG等[4 ] 用再生核方法模拟两端边界层现象;杨宇博等[5 ] 研究非对称内罚间断有限元法在分层网格中的一致收敛性,在一维情形下对左端附近的分层网格进行加密构建.受其启发,本文将其拓展为左右两端附近皆可用自适应迭代的网格,适用于二维情形下的x , y 方向.ZHENG等[6 ] 用混合有限差分格式处理拟线性边值问题;基于Bakhvalov-Shishkin网格,江山等[7 ] 、郑权等[8 ] 分别得到多尺度有限元法、混合差分法的奇异摄动高精度结果;CHENG[9 ] 利用局部间断有限元法有效模拟了双参数模型,并基于各范数给出了稳定性估计. ...
奇异摄动问题在修正的Bakhvalov-Shishkin网格上的混合差分格式
1
2020
... 文献[3 -9 ]主要考虑一维奇异摄动的有效求解方法.KADALBAJOO等[3 ] 采用三次B-样条配点法在Shishkin网格上得到了关于最大模的收敛结果.但Shishkin分片等距网格存在一定局限性,粗略估计过渡点位置可能造成方法精度不高.GENG等[4 ] 用再生核方法模拟两端边界层现象;杨宇博等[5 ] 研究非对称内罚间断有限元法在分层网格中的一致收敛性,在一维情形下对左端附近的分层网格进行加密构建.受其启发,本文将其拓展为左右两端附近皆可用自适应迭代的网格,适用于二维情形下的x , y 方向.ZHENG等[6 ] 用混合有限差分格式处理拟线性边值问题;基于Bakhvalov-Shishkin网格,江山等[7 ] 、郑权等[8 ] 分别得到多尺度有限元法、混合差分法的奇异摄动高精度结果;CHENG[9 ] 利用局部间断有限元法有效模拟了双参数模型,并基于各范数给出了稳定性估计. ...
On the local discontinuous Galerkin method for singularly perturbed problem with two parameters
2
2021
... 文献[3 -9 ]主要考虑一维奇异摄动的有效求解方法.KADALBAJOO等[3 ] 采用三次B-样条配点法在Shishkin网格上得到了关于最大模的收敛结果.但Shishkin分片等距网格存在一定局限性,粗略估计过渡点位置可能造成方法精度不高.GENG等[4 ] 用再生核方法模拟两端边界层现象;杨宇博等[5 ] 研究非对称内罚间断有限元法在分层网格中的一致收敛性,在一维情形下对左端附近的分层网格进行加密构建.受其启发,本文将其拓展为左右两端附近皆可用自适应迭代的网格,适用于二维情形下的x , y 方向.ZHENG等[6 ] 用混合有限差分格式处理拟线性边值问题;基于Bakhvalov-Shishkin网格,江山等[7 ] 、郑权等[8 ] 分别得到多尺度有限元法、混合差分法的奇异摄动高精度结果;CHENG[9 ] 利用局部间断有限元法有效模拟了双参数模型,并基于各范数给出了稳定性估计. ...
... [9 ]利用局部间断有限元法有效模拟了双参数模型,并基于各范数给出了稳定性估计. ...
Uniform superconvergence of a finite element method with edge stabilization for convection-diffusion problems
1
2010
... 对二维奇异摄动的研究已取得一定成果,如FRANZ等[10 ] 利用单元边界稳定化技术,证明了高阶有限元格式总能得到理想的一致超收敛;BRDAR等[11 ] 面向二维对流反应扩散的双参数方程,基于Duran-Lombardi与Duran-Shishkin网格,用传统双线性有限元法得到了比Shishkin网格精度更高的能量范数误差;JIANG等[12 ] 提出了独立构造试探函数空间、检验函数空间的Petrov-Galerkin多尺度有限元基函数,在等级网格上自动消除共振误差,得到了精确、高效、稳定的一致收敛模拟;LI等[13 ] 针对反应扩散方程,基于分层网格证明了高阶Galerkin有限元的优化理论;XU等[14 ] 、CAI等[15 ] 分别给出了组合有限元、高阶有限元的鲁棒性分析与数值验证,但在二维情形下这类有限元模拟的计算代价较大. ...
A singularly perturbed problem with two parameters in two dimensions on graded meshes
1
2016
... 对二维奇异摄动的研究已取得一定成果,如FRANZ等[10 ] 利用单元边界稳定化技术,证明了高阶有限元格式总能得到理想的一致超收敛;BRDAR等[11 ] 面向二维对流反应扩散的双参数方程,基于Duran-Lombardi与Duran-Shishkin网格,用传统双线性有限元法得到了比Shishkin网格精度更高的能量范数误差;JIANG等[12 ] 提出了独立构造试探函数空间、检验函数空间的Petrov-Galerkin多尺度有限元基函数,在等级网格上自动消除共振误差,得到了精确、高效、稳定的一致收敛模拟;LI等[13 ] 针对反应扩散方程,基于分层网格证明了高阶Galerkin有限元的优化理论;XU等[14 ] 、CAI等[15 ] 分别给出了组合有限元、高阶有限元的鲁棒性分析与数值验证,但在二维情形下这类有限元模拟的计算代价较大. ...
An adapted Petrov-Galerkin multi-scale finite element method for singularly perturbed reaction-diffusion problems
1
2016
... 对二维奇异摄动的研究已取得一定成果,如FRANZ等[10 ] 利用单元边界稳定化技术,证明了高阶有限元格式总能得到理想的一致超收敛;BRDAR等[11 ] 面向二维对流反应扩散的双参数方程,基于Duran-Lombardi与Duran-Shishkin网格,用传统双线性有限元法得到了比Shishkin网格精度更高的能量范数误差;JIANG等[12 ] 提出了独立构造试探函数空间、检验函数空间的Petrov-Galerkin多尺度有限元基函数,在等级网格上自动消除共振误差,得到了精确、高效、稳定的一致收敛模拟;LI等[13 ] 针对反应扩散方程,基于分层网格证明了高阶Galerkin有限元的优化理论;XU等[14 ] 、CAI等[15 ] 分别给出了组合有限元、高阶有限元的鲁棒性分析与数值验证,但在二维情形下这类有限元模拟的计算代价较大. ...
High order Galerkin methods with graded meshes for two-dimensional reaction-diffusion problems
2
2016
... 对二维奇异摄动的研究已取得一定成果,如FRANZ等[10 ] 利用单元边界稳定化技术,证明了高阶有限元格式总能得到理想的一致超收敛;BRDAR等[11 ] 面向二维对流反应扩散的双参数方程,基于Duran-Lombardi与Duran-Shishkin网格,用传统双线性有限元法得到了比Shishkin网格精度更高的能量范数误差;JIANG等[12 ] 提出了独立构造试探函数空间、检验函数空间的Petrov-Galerkin多尺度有限元基函数,在等级网格上自动消除共振误差,得到了精确、高效、稳定的一致收敛模拟;LI等[13 ] 针对反应扩散方程,基于分层网格证明了高阶Galerkin有限元的优化理论;XU等[14 ] 、CAI等[15 ] 分别给出了组合有限元、高阶有限元的鲁棒性分析与数值验证,但在二维情形下这类有限元模拟的计算代价较大. ...
... 令b = ( - 2 , - 2 ) T ,变系数c = e x + y ,式(1) 的真解来自文献[13 ],为 ...
A combined finite element method for elliptic problems posted in domains with rough boundaries
1
2018
... 对二维奇异摄动的研究已取得一定成果,如FRANZ等[10 ] 利用单元边界稳定化技术,证明了高阶有限元格式总能得到理想的一致超收敛;BRDAR等[11 ] 面向二维对流反应扩散的双参数方程,基于Duran-Lombardi与Duran-Shishkin网格,用传统双线性有限元法得到了比Shishkin网格精度更高的能量范数误差;JIANG等[12 ] 提出了独立构造试探函数空间、检验函数空间的Petrov-Galerkin多尺度有限元基函数,在等级网格上自动消除共振误差,得到了精确、高效、稳定的一致收敛模拟;LI等[13 ] 针对反应扩散方程,基于分层网格证明了高阶Galerkin有限元的优化理论;XU等[14 ] 、CAI等[15 ] 分别给出了组合有限元、高阶有限元的鲁棒性分析与数值验证,但在二维情形下这类有限元模拟的计算代价较大. ...
Robust equilibrated a posteriori error estimator for higher order finite element approximations to diffusion problems
1
2020
... 对二维奇异摄动的研究已取得一定成果,如FRANZ等[10 ] 利用单元边界稳定化技术,证明了高阶有限元格式总能得到理想的一致超收敛;BRDAR等[11 ] 面向二维对流反应扩散的双参数方程,基于Duran-Lombardi与Duran-Shishkin网格,用传统双线性有限元法得到了比Shishkin网格精度更高的能量范数误差;JIANG等[12 ] 提出了独立构造试探函数空间、检验函数空间的Petrov-Galerkin多尺度有限元基函数,在等级网格上自动消除共振误差,得到了精确、高效、稳定的一致收敛模拟;LI等[13 ] 针对反应扩散方程,基于分层网格证明了高阶Galerkin有限元的优化理论;XU等[14 ] 、CAI等[15 ] 分别给出了组合有限元、高阶有限元的鲁棒性分析与数值验证,但在二维情形下这类有限元模拟的计算代价较大. ...