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文档简介
第三章加权残值法第一页,共十六页,2022年,8月28日3.1加权残值法的基本概念设某一具体的工程定解问题:Lu-f=0(在域V内)()
Gu-g=0(在边界S上)()这里,u为待求的未知函数,L和G分别为控制方程(在域V内)和边界条件(在边界S上)的微分算子。f和g分别是域内和边界上的已知项。第二页,共十六页,2022年,8月28日3.1加权残值法的基本概念一般地,定解问题()、()的精确解难以求得,从而求助于近似解,这里我们假设一个待求函数u的试函数:()其中Ci为待定系数,vi为试函数项。将()代入定解问题的两个微分方程中,一般不会精确满足,于是就出现了内部残值(Residuals)RV和边界残值RS,即:第三页,共十六页,2022年,8月28日3.1加权残值法的基本概念为了消除残值,选取内部权函数(Weightedfunction)WV和边界权函数WS,使得残值RV和RS分别与相应权函数的乘积在域内和边界上的积分为零,即:据此,我们就可以得到关于待定系数Ci(i=1,2,…N)的代数方程组,求得了Ci后,即确定了近似解()。()()()()第四页,共十六页,2022年,8月28日按试函数是否满足控制方程和边界条件,将加权残值法分为三类:内部法
边界法
混合法
3.1加权残值法的基本概念第五页,共十六页,2022年,8月28日3.2加权残值法的基本方法据权函数的形式分类,主要有以下五种方法:(1)最小二乘法(LeastSquareMethod)最小二乘法的基本思想是选取一个试函数,使得在域V内的残值平方积分:()最小。为使J(Ci)最小,取极值条件:第六页,共十六页,2022年,8月28日3.2加权残值法的基本方法()即可得到最小二乘法的基本方程:()可见,最小二乘法就是将权函数取作。式()将给出N个代数方程,用于求解N个待定系数Ci(i=1,2,…N)。这个方法一般计算精度高,但运算较为繁琐。(i=1,2,…N)(i=1,2,…N)第七页,共十六页,2022年,8月28日(2)配点法(CollocationMethod)3.2加权残值法的基本方法如果选用狄拉克δ函数(DiracDeltaFunction)作为权函数,即:()就得到了配点法。配点法的基本方程为:()(i=1,2,…N)第八页,共十六页,2022年,8月28日(2)配点法(CollocationMethod)3.2加权残值法的基本方法对于高维问题,例如二维问题的配点法基本方程为:(i=1,2,…N)()由残值R在N个配点xi(或二维(xi,yi))处为零。得到N个代数方程,从而求得待定系数Ci(i=1,2,…N)。配点法是加权残值法中最简单的一种,只是其计算精度相对差一些。第九页,共十六页,2022年,8月28日3.2加权残值法的基本方法(3)子域法(SubdomainMethod)如果将待求问题的整个区域V按任意方式划分为N个子域Vi(i=1,2,…N),并定义此时的权函数为:()于是在每个子域Vi内可列出消除残值的方程为:(i=1,2,…N)()第十页,共十六页,2022年,8月28日3.2加权残值法的基本方法(3)子域法(SubdomainMethod)这里,N个子域共有N个方程,联立求解即得待定系数Ci(i=1,2,…N)。需要说明的是,每个子域的试函数的选取可以相同,也可以不同。若各子域的试函数互不相同时,则必须考虑各子域间的连接条件。第十一页,共十六页,2022年,8月28日3.2加权残值法的基本方法(4)伽辽金法(GalerkinMethod)伽辽金法是俄国工程师伽辽金提出的并以他的名字而命名的方法。伽辽金法中的权函数就是试函数中的基函数,即:Wi=vi,(i=1,2,…N)()(i=1,2,…N)()由残值方程和试函数中的每一个基函数正交这一性质,不仅保证了解的收敛性,还使得伽辽金法精度高而计算工作量又不算太大,所以该方法应用广泛。第十二页,共十六页,2022年,8月28日3.2加权残值法的基本方法(5)矩量法(MethodofMoment)当权函数选取为xi(i=0,1,…N-1)时,就得到了矩量法的基本方程为:(i=0,1,…N-1)()由上式不难求得待定系数Ci(i=1,2,…N)。第十三页,共十六页,2022年,8月28日(1)最小二乘法(LeastSquareMethod)(2)配点法(CollocationMethod)
例2:简支梁的弯曲问题第十四页,共十六页,2022年,8月28日(3)子域法(Su
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