基于高维椭球波函数的谱方法及其应用
批准号:
11671166
项目类别:
面上项目
资助金额:
48.0 万元
负责人:
张晶
依托单位:
学科分类:
算法基础理论与构造方法
结题年份:
2020
批准年份:
2016
项目状态:
已结题
项目参与者:
付小叶、孙涛、陈丽贞、王疆兴、贾慧芳、冯泽夫、安小明
中文摘要
基于椭球波函数的谱方法及其在高频问题中的应用是近年来科学计算的一个研究热点。椭球波函数是一类具有双重正交性的有限带宽函数,它同时是一类微分算子与积分算子的特征值函数,具有拟一致分布的零点。与多项式相比,它对高频问题具有更佳的逼近性质,单位波长所需的模数更少,从而可以以非常小的自由度取得指定精度,达到问题求解的高效自适应性。 因此,研究基于高维椭球波函数的各类谱方法及其应用,对于拓展谱方法的基础理论,发展和丰富微分方程的数值解法有着重要的科学意义。 . 基于此,本项目将研究如下内容:(1)研究基于高维椭球波函数的谱方法的基础算法和理论;(2)设计基于椭球波函数的快速算法;(3)椭球波函数谱方法在大波数复杂散射体问题中的应用。
英文摘要
In recent years, the spectral methods using prolate spheroidal wave functions (PSWFs) and their applications for high frequency problems become a hot research topic in the area of scientific computing. The prolate spheroidal wave functions are a family of orthogonal bandlimited functions which have quasi-uniformly distributed zeros, and enable fewer points per wavelength to resolve waves. They appear superior to polynomials in simulating high frequency problems. With these advantageous features, the PSWFs-based spectral methods have great significance for achieving high accuracy, keeping stabilization of numerical result and solving high frequency problems in complex geometries. However, the theory and algorithm of PSWFs-based spectral methods still need further development, enrichment and complement, from single domain to complex domain..In this project, our endeavor is devoted to the development of PSWFs-based spectral method. More specifically, 1) we will propose and analyze high-dimensional PSWFs-based spectral method;2) we will study the efficient PSWFs-based spectral solver; 3) we will develop PSWFs-based spectral multi-domain method for high wave number problems.
基于椭球波函数的谱方法及其在高频问题中的应用是近年来科学计算的一个研究热点。椭球波函数是一类具有双重正交性的有限带宽函数,它同时是一类微分算子与积分算子的特征值函数,具有拟一致分布的零点。与多项式相比,它对高频问题具有更佳的逼近性质,单位波长所需的模数更少,从而可以以非常小的自由度取得指定精度,达到问题求解的高效自适应性。 因此,研究基于高维椭球波函数的各类谱方法及其应用,对于拓展谱方法的基础理论,发展和丰富微分方程的数值解法有着重要的科学意义。 .基于此,本项目按预期研究计划执行,研究了基于高维椭球波数的谱方法及其应用。具体如下:1)基于三维球体上的时频问题提出的一类广义的椭球波函数,并给出了其基本性质。2)针对于一维大波数Helmholtz方程,建立了方程的高效的椭球波函数谱逼近格式,使其离散矩阵为对角矩阵,所需自由度达到最小。与经典Legendre 谱方法相比,效率成倍提高。3)我们建立了一类高维球体上的椭球波函数,它是一类有限带宽且精确满足散度为零的函数。4)对于球体上的Maxwell特征值及Maxwell传输特征值问题,我们构造了一类满足散度为零且curl正交的基函数,建立了一类精确零散度的高效谱方法,并给出了误差估计。 这些工作为我们下一个面上项目研究精确零散度的curl协调谱元方法积累了成功经验、并提供了方法和工具。
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DOI:
10.1016/j.amc.2019.124930
发表时间:
2020-04
期刊:
Appl. Math. Comput.
影响因子:
--
作者:
[H. Tian;Jing Zhang;L. Ju]
通讯作者:
H. Tian;Jing Zhang;L. Ju
On power law scaling dynamics for time-fractional phase field models during coarsening
粗化期间时间分数相场模型的幂律标度动力学
DOI:
10.1016/j.cnsns.2018.10.019
发表时间:
2018-03
期刊:
Communications in Nonlinear Science & Numerical Simulation
影响因子:
3.9
作者:
[Zhao Jia, Chen Lizhen, Wang Hong]
通讯作者:
Wang Hong
A Jacobi spectral method for computing eigenvalue gaps and their distribution statistics of the fractional Schrödinger operator
计算分数阶薛定谔算子特征值间隙及其分布统计的雅可比谱方法
DOI:
10.1016/j.jcp.2020.109733
发表时间:
2019-10
期刊:
Journal of Computational Physics
影响因子:
4.1
作者:
[Weizhu Bao, Lizhen Chen, Xiaoyun Jiang, Ying Ma]
通讯作者:
Ying Ma
A high-order numerical scheme for the impulsive fractional ordinary differential equations
脉冲分数常微分方程的高阶数值格式
DOI:
10.1080/00207160.2017.1398322
发表时间:
2018
期刊:
International Journal of Computer Mathematics
影响因子:
1.8
作者:
[Junying Cao, Lizhen Chen, Ziqiang Wang]
通讯作者:
Ziqiang Wang
A Novel Second-Order Scheme for the Molecular Beam Epitaxy Model with Slope Selection
具有斜率选择的分子束外延模型的新型二阶方案
DOI:
10.4208/cicp.oa-2018-0015
发表时间:
2019
期刊:
Communications in Computational Physics
影响因子:
3.7
作者:
[Chen Lizhen, Zhao Jia, Gong Yuezheng]
通讯作者:
Gong Yuezheng
共 14 条
精确零散度的curl协调谱元方法
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批准号:12071172
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项目类别:面上项目
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资助金额:52.0万元
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批准年份:2020
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负责人:张晶
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依托单位:
基于有限带宽基函数的高阶方法
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批准号:11201166
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项目类别:青年科学基金项目
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资助金额:22.0万元
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批准年份:2012
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负责人:张晶
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依托单位:
国内基金
海外基金