位势问题的平均源无网格法

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众所周知,在数值模拟技术中有限元法占统治地位,在科学与工程计算领域中得到了广泛的应用。然而,有限元法需剖分整个计算区域,对于某些复杂计算区域的问题,可能需要付出巨大的计算代价,有时甚至带来数学上的麻烦。在求解无限域问题时,有限元法需要将人工边界无限区域截断为有限区域,即用人为的有限区域问题代替原来的无限区域问题,这样的截断完全依赖于研究者的经验和各种误差试验。边界元法作为可供选择的数值方法,正好弥补了有限元法的这些缺点,并具有降低所求问题维数的优点。但是,边界元法也有其局限性,对于具有复杂几何边界的三维问题,边界单元的生成仍然不是一件容易的事。此外,对于大规模计算问题,数值积分计算耗时太多。  本文提出一种新的边界型无网格法,即平均源无网格法。该法建立在耦合“完全”规则化边界积分方程和平均源技术。这里“完全”是指弱奇异积分、强奇异积分均被规则化。通过规则化方程,避免了核函数的奇异性,使得源点和场点相遇的困难被消除;通过使用平均源技术,分布源可以简化为集中源,边界积分不再需要。因此平均源无网格法不仅继承了边界元法降低求解问题维数的优点,而且仅需边界配点,避免了有限元法和边界元法中费时费力的网格划分,特别便于模拟复杂的几何形状问题。此外,平均源无网格法不涉及单元和积分的概念,具有数学简单,编程容易,计算效率,高精度好等优点。具体工作是:  第一章介绍了无网格方法的研究背景意义和主要研究内容。  第二章给出建立边界型无网格法用到的相关知识。  第三章建立二维位势问题的“完全”规则化边界积分方程。在此基础上,通过引入平均源技术的概念,将耦合二者,建立一种新的边界型无网格法——平均源无网格法。  第四章研究建立三维位势问题的平均源无网格法。为此,首先导出三维位势问题的“完全”规则化边界积分方程,然后引入平均源技术,获得平均源无网格法。  第五章是对无网格方法的总结与展望。
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