有限差分法 软件,分离变量法matlab

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有限差分法 软件,分离变量法matlab

 

式中,红色部分我们成为加权残值的强形式,绿色部分为弱形式。主要区别为包含试函数倒数的阶数,强形式为高阶,弱形式为低阶。

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怎么用exel做有限差分法

的基础是变分原理和加权余量法,其基本求解思想是把计算域划分为有限个互不重叠的单元,在每个单元内,选择一些合适的节点作为求解函数的插值点,将微分方程中的变量改写成由各变量或其导数的节点值与所选用的插值函数组成的线性表达式,借助于变分原理或加权余量法,将微分方程离散求解。采用不同的权函数和插值函数形式,便构成不同的有限元方法。 在有限元方法中,把计算域离散剖分为有限个互不重叠且相互连接的单元,在每个单元内选择基函数,用单元基函数的线形组合来逼近单元中的真解,整个计算域上总体的基函数可以看为由每个单元基函数组成的,则整个计算域内的解可以看作是由所有单元上的近似解构成。根据所采用的权函数和插值函数的不同,有限元方法也分为多种计算格式。从权函数的选择来说,有配置法、矩量法、最小二乘法和伽辽金法,从计算单元网格的形状来划分,有三角形网格、四边形网格和多边形网格,从插值函数的精度来划分,又分为线性插值函数和高次插值函数等。不同的组合同样构成不同的有限元计算格式。对于权函数,伽辽金(Galerkin)法是将权函数取为逼近函数中的基函数;最小二乘法是令权函数等于余量本身,而内积的极小值则为对代求系数的平方误差最小;在配置法中,先在计算域内选取N个配置点。令近似解在选定的N个配置点上严格满足微分方程,即在配置点上令方程余量为0。插值函数一般由不同次幂的多项式组成,但也有采用三角函数或指数函数组成的乘积表示,但最常用的多项式插值函数。有限元插值函数分为两大类,一类只要求插值多项式本身在插值点取已知值,称为拉格朗日(Lagrange)多项式插值;另一种不仅要求插值多项式本身,还要求它的导数值在插值点取已知值,称为哈密特(Hermite)多项式插值。单元坐标有笛卡尔直角坐标系和无因次自然坐标,有对称和不对称等。常采用的无因次坐标是一种局部坐标系,它的定义取决于单元的几何形状,一维看作长度比,二维看作面积比,三维看作体积比。在二维有限元中,三角形单元应用的最早,近来四边形等参元的应用也越来越广。对于二维三角形和四边形电源单元,常采用的插值函数为有Lagrange插值直角坐标系中的线性插值函数及二阶或更高阶插值函数、面积坐标系中的线性插值函数、二阶或更高阶插值函数等。对于有限元方法,其基本思路和解题步骤可归纳为 (1)建立积分方程,根据变分原理或方程余量与权函数正交化原理,建立与微分方程初边值问题等价的积分表达式,这是有限元法的出发点。 (2)区域单元剖分,根据求解区域的形状及实际问题的物理特点,将区域剖分为若干相互连接、不重叠的单元。区域单元划分是采用有限元方法的前期准备工作,这部分工作量比较大,除了给计算单元和节点进行编号和确定相互之间的关系之外,还要表示节点的位置坐标,同时还需要列出自然边界和本质边界的节点序号和相应的边界值。 (3)确定单元基函数,根据单元中节点数目及对近似解精度的要求,选择满足一定插值条件的插值函数作为单元基函数。有限元方法中的基函数是在单元中选取的,由于各单元具有规则的几何形状,在选取基函数时可遵循一定的法则。 (4)单元分析:将各个单元中的求解函数用单元基函数的线性组合表达式进行逼近;再将近似函数代入积分方程,并对单元区域进行积分,可获得含有待定系数(即单元中各节点的参数值)的代数方程组,称为单元有限元方程。 (5)总体合成:在得出单元有限元方程之后,将区域中所有单元有限元方程按一定法则进行累加,形成总体有限元方程。 (6)边界条件的处理:一般边界条件有三种形式,分为本质边界条件(狄里克雷边界条件 )、自然边界条件(黎曼边界条件)、混合边界条件(柯西边界条件)。对于自然边界条件,一般在积分表达式中可自动得到满足。对于本质边界条件和混合边界条件,需按一定法则对总体有限元方程进行修正满足。 (7)解有限元方程:根据边界条件修正的总体有限元方程组,是含所有待定未知量的封闭方程组,采用适当的数值计算方法求解,可求得各节点的函数值3 有限体积法

有限体积法数值模拟技术,不仅可以实现地质情况复杂区块油藏的精细刻画与描述,还能解决多层合采时发生的串流倒灌现象,显著提高模拟结果真实性。

Matrix(constMatrix&);//复制构造函数

后处理实际上就是为了将计算结果进行适当的处理,以便直观的看到计算结果。通过求解器得到的计算结果是一个包含(Nx+1)X(Ny+1)个数值的一维向量,为了便于展示,需要将其变成一个矩阵。由于采用了求解域的1/4对称部分进行计算,需要将计算结果进行对称拼接,得到完整的求解域中的结果分布。由于C++中的数值绘图库不太容易上手,所以将计算结果输出为result.txt文件,将result.txt文件导入到Origin或者Matlab软件,就可以轻易的得到计算结果了。在本期头条文章中,采用Matlab实现,网格数为80X80,得到的云图比较细腻,在本文程序中80X80的网格计算机反应太慢,所以采用40X40网格,得到的计算云图略显粗糙。

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对应于节点i处的Hi有一个单位值,在其他节点处为0。具体如下

包括均匀化方法、非均匀化多尺度方法、以及小波数值均匀化方法、多尺度有限体积法、多尺度有限元法等。

Matrix&operator=(constMatrix&);//重载赋值运算操作符

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由此,我们可以求得参数a=0.2272,近似解为0.2272x(1-x)。

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要想理解有限元法,我们先要对加权残值法(WeightedResidual)进行介绍。我们以如下微分控制方程为例进行讲解。

差分构建。在每个点上将偏微分方程的微分项用合适的差商代替,从而将偏微分方程转换为代数形式的差分方程,每个节点的差分方程组合在一起就构成了一个代数方程组,我们利用初始值和边界条件,即可求解代数方程组的解,获取每个节点的变量值,即偏微分方程的数值解。

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在有限元方法中,把计算域离散剖分为有限个互不重叠且相互连接的单元,在每个单元内选择基函数,用单元基函数的线形组合来逼近单元中的真解,整个计算域上总体的基函数可以看为由每个单元基函数组成的,则整个计算域内的解可以看作是由所有单元上的近似解构成。常见的有限元计算方法是由变分法和加权余量法发展而来的里兹法和伽辽金法、最小二乘法等。根据所采用的权函数和插值函数的不同,有限元方法也分为多种计算格式。从权函数的选择来说,有配置法、矩量法、最小二乘法和伽辽金法。

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