奇异摄动问题有限元方法的超逼近性研究

批准号:
11771257
项目类别:
面上项目
资助金额:
48.0 万元
负责人:
张进
依托单位:
学科分类:
A0501.算法基础理论与构造方法
结题年份:
2021
批准年份:
2017
项目状态:
已结题
项目参与者:
杨旻、刘晓薇、吴亭亭、张洪光、刘思宇
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中文摘要
本项目以奇异摄动问题为研究对象,拟对三角形及矩形层适应网格(包括Shishkin型网格、Bakhvalov型网格等)上几类有限元方法(包括标准有限元方法以及流线扩散方法、连续内部加罚方法和局部L^2投影方法等稳定化有限元方法)的超逼近性进行研究,并应用超逼近性构造后处理算子,进而得到超收敛结果。本项目中,三角形层适应网格上几类有限元方法(利用线性元)超逼近性的研究将改变现有分析局限在矩形层适应网格上的现状;三角形网格上高次元扩散项及对流项局部误差估计式的构造,可大大促进现有超收敛理论及自适应有限元方法的发展,包括协调元、非协调元、混合元在流体、磁场及材料等领域的应用;三角形及矩形层适应网格上几类有限元方法(利用高次元)超逼近性的研究将使得目前奇异摄动领域高阶数值方法的研究取得突破性进展。
英文摘要
In this project we aim at singularly perturbed problems, analyze supercloseness properties of several finite element methods (standard finite element methods, streamline diffusion finite element methods, continuous interior penalty methods and local L^2 projection stabilization methods etc.) on triangular and rectangular layer-adapted meshes (Shishkin type meshes, Bakhvalov type meshes etc.), construct postprocessing operators and obtain superconvergence results. In this project, we are going to analyze supercloseness properties of several finite element methods using linear elements on triangular layer-adapted meshes, which will improve researches on rectangular layer-adapted meshes. Also, we are going to construct local error estimation expressions for diffusion terms and convection terms with high-order finite elements on triangular meshes. These expressions can promote the superconvergence theory and adaptive finite element methods, which includes the applications of conforming finite elements, non-conforming finite elements and mixed finite elements in fluid, magnetic field and material and so on. Furthermore it will be of great development in the numerical theories of high-order methods for singularly perturbed problems to analyze supercloseness properties of several finite element methods with high-order finite elements on triangular and rectangular layer-adapted meshes.
稳态奇异摄动问题是科学计算中经典的数学模型,其解往往具有各类边界层。层适应网格(包括Shishkin型网格及Bakhvalov型网格)在科学计算与工程领域被广泛应用于分辨边界层。有限元方法在这些网格上的一致收敛性及超逼近性理论研究还很少,制约了理论发展及工程应用。本项目完善了Shishkin型网格及Bakhvalov型网格上经典有限元方法及各类稳定化有限元方法的一致收敛性及超逼近性理论。不同层适应网格的结构特点(尤其不同类型的过渡点)给有限元方法的收敛性分析带来了截然不同的困难;此外不同有限元方法的特有项,其分析难点也各有不同。本项目利用积分不等式、基于稳定性构造的特定插值算子及抵消技巧,分析了Shishkin型矩形网格及三角形网格上有限元方法及稳定化有限元方法的超逼近性;利用新型Lagrange插值算子证明了Bakhvalov型网格上有限元方法的最优一致收敛性及超逼近性;针对双参数问题证明了Bakhvalov型网格上有限元方法的最优一致收敛性及超逼近性;针对奇异摄动反应扩散方程,借助点边元插值及局部L2投影首次证明了平衡范数下的超逼近性。通过这四年的项目实施,本项目系统建立了经典有限元方法及稳定化有限元方法在层适应网格上的一致收敛性及超逼近性理论,并在该领域取得了一些具有突破性的进展,圆满完成了各项计划和任务。
期刊论文列表
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专利列表
Superconvergence of finite element method for singularly perturbed convection-diffusion equations in 1D
一维奇异摄动对流扩散方程有限元法的超收敛
DOI:10.1016/j.aml.2019.06.018
发表时间:2019-12
期刊:Applied Mathematics Letters
影响因子:3.7
作者:Zhang Jin;Liu Xiaowei
通讯作者:Liu Xiaowei
Supercloseness of edge stabilization on Shishkin rectangular meshes for convection–diffusion problems with exponential layers
指数层对流扩散问题希什金矩形网格边缘稳定的超紧密性
DOI:10.1093/imanum/drx055
发表时间:2018-10
期刊:IMA Journal of Numerical Analysis
影响因子:2.1
作者:Xiaowei Liu;Martin Stynes;Jin Zhang
通讯作者:Jin Zhang
DOI:10.1016/j.neunet.2021.05.033
发表时间:2020-11
期刊:Neural networks : the official journal of the International Neural Network Society
影响因子:--
作者:Yufeng Wang;Dan Li;Xiang Li-;Min Yang
通讯作者:Yufeng Wang;Dan Li;Xiang Li-;Min Yang
Finite element method on Shishkin mesh for a singularly perturbed problem with an interior layer
内层奇异摄动问题的 Shishkin 网格有限元方法
DOI:10.1016/j.aml.2021.107509
发表时间:2021
期刊:Applied Mathematics Letters.
影响因子:--
作者:Jin Zhang;Xiaoqi Ma;Yanhui Lv
通讯作者:Yanhui Lv
Supercloseness of finite element method on a Bakhvalov-type mesh for a singularly perturbed problem with two parameters
具有两个参数的奇摄动问题的 Bakhvalov 型网格有限元方法的超逼近性
DOI:10.1016/j.apnum.2021.09.010
发表时间:2022-01
期刊:Applied Numerical Mathematics
影响因子:2.8
作者:Jin Zhang;Yanhui Lv
通讯作者:Yanhui Lv
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