相场数学模型及相关数学问题高精度数值方法
结题报告
批准号:
91430213
项目类别:
重大研究计划
资助金额:
350.0 万元
负责人:
黄云清
依托单位:
学科分类:
A0504.微分方程数值解
结题年份:
2018
批准年份:
2014
项目状态:
已结题
项目参与者:
胡俊、刘建州、徐建军、易年余、杨银、杜魁、魏华祎、蒋凯、杨伟
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中文摘要
本项目拟根据相场数学模型及相关数学问题本身的特性,将网格剖分、加密和粗化、移动,时间和空间离散方法,非线性迭代方法和非线性多重网格方法等作为一个有机整体来研究,发展这类问题精度高、计算复杂度少,且具有数学理论支持的新型数值方法。这包括研究高维高阶非线性奇异摄动问题新型自适应有限元方法,设计高效、鲁棒非线性迭代方法和非线性多重网格方法,发展大步长时间自适应方法,研究非线性迭代方法的初值选取,并将这些高效算法和高质量网格生成快速算法与超收敛有机结合,获得非稳态参数相关强非线性问题高精度算法。
英文摘要
In this project, all factors of numerical methods, including mesh generation, refining, coarsening and moving, discretizations for both spatial and temporal variables, nonlinear iterative methods and nonlinear multigrid methods, will be studied in an integrated fashion for mathematical models of phase fields and related mathematical problems, where corresponding properties of these problems will be fully explored. The final aim is to develop new numerical methods with both high accuracy and less complexity for this class of problems, and establish their mathematical theories. In particular, this will lead to new adaptive finite element methods for nonlinear singularly perturbed problems of high order in high dimension, high accurate and robust nonlinear iterative and multigrid methods, adaptive time stepping methods with large steps, properly chosen initial guesses for nonlinear iterative methods. Finally, these high accurate methods will be combined with fast algorithms for meshes generation of high quality and superconvergence to design numerical methods of high accuracy for time and parameter dependent nonlinear problems.
课题组针对相场数学模型及相关数学问题,在相场问题建模和高精度离散算法及其应用、线弹性力学问题新型混合有限元方法、Allen-Cahn/Cahn-Hilliard方程时空自适应有限元方法、非线性迭代法和多重网格方法、相关数值算法的集成及软件开发等方面开展研究。针对非周期系统,我们开展了非公度多尺度相场晶体模型的建模和计算方法研究,构造了高效的投影算法,并将其应用到了准晶结构的形成机理和热力学稳定的研究;对任意多个化学组分的高分子体系,我们建立了一种具有良好数学性质的自洽场模型,并发展了一套系统的高效算法,包括初值选取、高效的时空离散、以及非线性迭代算法。针对线弹性力学问题,提出一个两步法的稳定性分析方法,构造出了以多项式为形函数、应力对称、有最优收敛阶的稳定混合有限元方法,设计了其自适应与快速算法,并建立了相应的数学理论。针对相场模型的Allen-Cahn方程和Cahn-Hilliard方程,发展了自适应时间分裂有限元方法和基于超收敛和重构技术的自适应有限元方法。针对大规模离散代数系统,设计了预条件迭代法,分析了GMRES收敛性与Ritz值和调和Ritz值的关系,构造出对应任意收敛曲线和容许调和Ritz值集的线性系统;得到了随机拓展的Kaczmarz方法、Gauss-Seidel方法的收敛性界和收敛率。建立了超材料介质中电磁波传播的时域数学模型及高效数值模拟算法。发展了能够保持偏微分方程特征的高精度离散方法。基于Python语言开发了开源有限元软件包FEALPy:Finite Element Analysis Library in Python,已经实现了各种类型的网格数据结构、网格生成与优化、任意次的 Lagaragian 有限元空间、任意次的二维虚单元空间、离散代数矩阵组装求解及可视化等丰富的基础功能模块。
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专利列表
On two generalized inverse eigenvalue problems for Hessenberg-upper triangular pencils and their application to the study of GMRES convergence
Hessenberg-上三角铅笔的两个广义反特征值问题及其在 GMRES 收敛性研究中的应用
DOI:10.1016/j.laa.2018.04.031
发表时间:2018
期刊:Linear Algebra and Its Applications
影响因子:1.1
作者:Du Kui;Huang Yunqing;Wang Yiwei
通讯作者:Wang Yiwei
Nodal finite element de Rham complexes
Rham 复合体的节点有限元
DOI:10.1007/s00211-017-0939-x
发表时间:2016-11
期刊:Numer. Math.
影响因子:--
作者:Snorre H. Christiansen;Jun Hu;Kaibo Hu
通讯作者:Kaibo Hu
New matrix bounds and iterative algorithms for the discrete coupled algebraic Riccati equation
离散耦合代数 Riccati 方程的新矩阵界和迭代算法
DOI:10.1080/00207179.2016.1245867
发表时间:2017-11
期刊:International Journal of Control
影响因子:2.1
作者:Jianzhou Liu;Li Wang;Juan Zhang
通讯作者:Juan Zhang
DOI:10.1093/imamci/dnw008
发表时间:2017
期刊:IMA Journal of Mathematical Control and Information
影响因子:1.5
作者:张娟;刘建州;李全兵
通讯作者:李全兵
DOI:10.1007/s10915-016-0237-2
发表时间:2015-05
期刊:J. Sci. Comput
影响因子:--
作者:Jun Hu;Xueqing Yang;Shuo Zhang
通讯作者:Shuo Zhang
聚合物熔体结晶的相场方法及多尺度耦合算法研究
  • 批准号:
    12226351
  • 项目类别:
    数学天元基金项目
  • 资助金额:
    20.0万元
  • 批准年份:
    2022
  • 负责人:
    黄云清
  • 依托单位:
分数阶 Navier-Stokes 耦合方程的有限元方法研究
  • 批准号:
    12026254
  • 项目类别:
    数学天元基金项目
  • 资助金额:
    20.0万元
  • 批准年份:
    2020
  • 负责人:
    黄云清
  • 依托单位:
超材料中电磁场数值模拟的有限元重构技术及自适应方法
  • 批准号:
    11971410
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    52.0万元
  • 批准年份:
    2019
  • 负责人:
    黄云清
  • 依托单位:
奇异摄动对流扩散方程的高阶谱配置法研究
  • 批准号:
    11826212
  • 项目类别:
    数学天元基金项目
  • 资助金额:
    20.0万元
  • 批准年份:
    2018
  • 负责人:
    黄云清
  • 依托单位:
应用数学天元数学暑期学校
  • 批准号:
    11826026
  • 项目类别:
    数学天元基金项目
  • 资助金额:
    60.0万元
  • 批准年份:
    2018
  • 负责人:
    黄云清
  • 依托单位:
华罗庚数学奖获得者座谈会及数学普及活动
  • 批准号:
    11726402
  • 项目类别:
    数学天元基金项目
  • 资助金额:
    20.0万元
  • 批准年份:
    2017
  • 负责人:
    黄云清
  • 依托单位:
用户友好型高效数值方法研究及应用
  • 批准号:
    11031006
  • 项目类别:
    重点项目
  • 资助金额:
    160.0万元
  • 批准年份:
    2010
  • 负责人:
    黄云清
  • 依托单位:
有限元的校正法与自适应计算
  • 批准号:
    19201028
  • 项目类别:
    青年科学基金项目
  • 资助金额:
    2.0万元
  • 批准年份:
    1992
  • 负责人:
    黄云清
  • 依托单位:
国内基金
海外基金