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日志

各种有限元法有些什么区别?(转载)

已有 432 次阅读2007-3-9 22:22 |个人分类:有限元

各种有限元法有些什么区别?下来觉得各种方法都是基于从微分方程--〉积分方程--〉这样一个过程
它们的区别都在以下三个角度:

1。积分形式不同
(1)加权残数形式:就是直接用一个权函数乘以原本的微分表达

引出了:最小二乘法,配点法,矩量法,Galerkin法等等

(2)把加权残数形式积分方程分部积分一次,得到“弱形式”,此时,该积分方程中,对解是一阶导数,对权函数也是一阶导数。这个就是泛函意义上的弱解所应该满足的方程,(说一句题外话,泛函分析上用Lax-Milgram定理证明弱解唯一存在,却无法证明常规BEM方法的弱解是唯一的,这就是常规BEM法无法与有限元法结合的原因,因为有限元是必然弱解唯一的。)

弱形式引出了:FEM,能量有限差分法,数值流形法,无网格法

(3)把“弱形式”再分部积分一次,得到“逆形式”,此时,该积分方程中,对解是0阶导数,对权函数是二阶导数。

逆形式引出了:BEM,TrefftzBEM等等方法

2。以上的能量形式是最本质的区别,而后linlin820所问到的各种方法的区别,其实就是试函数中形函数的区别

(1)试函数的定义域

试函数:是用某一中形式的函数来替代该微分方程的解。常规有限元就用:u=N_i u_i,这里的u就是试函数。根据不同的方法,试函数的定义域不同。

比如:

Litz法的试函数定义在整个求解区域--〉有限元法的试函数定义在独立单元

康特罗维奇法的试函数定义在整个求解区域--〉有限条法在一个方向定义在整个区域,另一方向定义在独立单元。

(2)试函数中的形函数

试函数中,形函数取得不同,引发不同方法:取成多项式,则称为多项式有限元;取为有理函数,则成为有理有限元;取为完备解,则成为Trefftz有限元,以此类推,Linlin820的问题我想我已经解答清楚了。

而所谓的无网格法,究其根本,变化也不过在形函数上。

(3)试函数中的基变量
值得注意的是,不仅形函数可以有如此的变化,u_i也可以变化,当把u_i取为一个函数,而不仅仅用一个常数来代替的时候,就成为了数值流形方法。

3。除了试函数的不同,在能量积分中还有一项权函数,这也是区别各种计算方法的根本因素。

(1)当权函数取为试函数,则成为Galerkin方法,从而刚度矩阵的对称性成为可能。而我们遇到的众多有限元方法,大部分都是基于此,所以刚度矩阵对称。

(2)当权函数取为Green函数,则成为常规边界元法

(3)当权函数取为完备解,则称为Trefftz方法

(4)其余,就有可能是Petrov-Galerkin方法(即广义Galerkin方法)

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