麦克斯韦传输特征值问题有效的谱元方法及其在逆介质问题中的应用

批准号:
11661022
项目类别:
地区科学基金项目
资助金额:
38.0 万元
负责人:
安静
依托单位:
学科分类:
A0504.微分方程数值解
结题年份:
2020
批准年份:
2016
项目状态:
已结题
项目参与者:
郑强、罗振东、周永辉、张石梅、姜希
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中文摘要
由于在各向异性材料的非破坏性测试中的重要性,传输特征值问题已经成为逆散射理论领域里的一个新的研究课题。然而,传输特征值问题既是非自共轭的,也是非椭圆的,一些标准的偏微分方程理论并不能被直接地应用。因此,关于传输特征值问题的研究是一个有趣而且具有挑战的课题。由于物质材料的性质并不能够由散射场的远场模式唯一确定,那么怎样去估计物质材料的性质是一个很关紧的问题。最近,一种新的方法被提出,该方法是利用传输特征值去估计物质材料的性质,但是该方法需要有一个有效而且强劲的数值方法去计算传输特征值。因此,本项目拟从三个方面对传输特征值问题的高效数值计算方法作系统深入研究:(1)对各种不同的区域分别在二维和三维情况下提出一种有效的谱Galerkin方法计算传输特征值;(2)对每种数值方法给出误差估计,并从理论和数值试验两个方面证明算法的有效性;(3)将该方法用于物质材料性质的估计。
英文摘要
The transmission eigenvalue problem is a new research topic in the area of inverse scattering theory due to its importance in non-destructive testing of anisotropic materials. However, the transmission eigenvalue problem is non-self-adjoint and non-elliptic. The standard theory of partial differential equations can't be applied directly. Due to this fact, the study of transmission eigenvalues is an interesting, but challenging topic. Since the material properties is not uniquely determined from the far field pattern of the scattered field, then how to estimate the properties of materials is a very important problem. Resently, a new method is presented and used to estimate the material properties by using transmission eigenvalues. But the method rests on having an efficient and robust method for computing transmission eigenvalues. Thus, the project attempts to make a systematic and deep research on high effective numerical methods for transmission eigenvalue problems from three aspects: (1) To develop an efficient Spectral-Galerkin method to compute transmission eigenvalues in 2-D and 3-D cases for different domains. (2) To provide an error estimation for every numerical method and prove the efficiency of the algorithm by theory and numerical experiments. (3) To estimate material properties by using this method.
由于在各向异性材料的非破坏性测试中的重要性,传输特征值问题已经成为逆散射理论领域里的一个新的研究课题。由于物质材料的性质并不能够由散射场的远场模式唯一确定,那么怎样去估计物质材料的性质是一个很关紧的问题。后来,一种新的方法被提出,该方法是利用传输特征值去估计物质材料的性质,但是该方法需要有一个有效而且强劲的数值方法去计算传输特征值。因此,本项目对传输特征值问题的高效数值计算方法作了系统深入地研究:(1)提出了极几何区域上 Helmholtz 传输特征值问题基于混合格式的一种有效的谱方法,并利用紧算子的谱理论对提出的算法给出了相应的误差分析。(2)提出了球几何区域上 Helmholtz 传输特征值问题基于降维格式的一种有效的谱方法,通过引入极条件和相应的带权Sobolev空间,证明了逼近特征值的误差估计。(3)提出并分析了球几何区域上Maxwell传输特征值问题的一种有效的谱Galerkin逼近。该方法主要通过利用向量球调和函数展开,将原问题化为一系列等价的TE模式和TM模式。对于TE模式,我们推导了相应的广义特征值问题,通过引入极条件和相应的带权Sobolev空间,证明了逼近特征值的误差估计。对于TM模式,它是一个具有四个未知函数的耦合系统,数值计算具有一定的挑战性。我们设计了一套有效的Legendre型向量基函数和相应的算法,数值结果表明了算法的有效性和理论结果的正确性。除此之外,我们还对相关的Steklov特征值问题、双调和特征值问题、非线性哈密顿系统等也提出了一些高效的数值方法和相应的误差分析。
期刊论文列表
专著列表
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专利列表
Spectral Galerkin approximation and rigorous error analysis for the Steklov eigenvalue problem in circular domain
圆域Steklov特征值问题的谱伽辽金近似与严格误差分析
DOI:10.1002/mma.4863
发表时间:2018-07
期刊:Mathematical Methods in the Applied Sciences
影响因子:2.9
作者:Tan Ting;An Jing
通讯作者:An Jing
An efficient spectral-Galerkin approximation based on dimension reduction scheme for transmission eigenvalues in polar geometries
基于降维方案的极坐标几何传输特征值的高效谱伽辽金近似
DOI:10.1016/j.camwa.2020.05.018
发表时间:2020-09
期刊:Computers & Mathematics with Applications
影响因子:2.9
作者:Ren Shixian;Tan Ting;An Jing
通讯作者:An Jing
An Efficient Spectral Petrov-Galerkin Method for Nonlinear Hamiltonian Systems
非线性哈密顿系统的高效谱 Petrov-Galerkin 方法
DOI:10.4208/cicp.2019.js60.11
发表时间:2019-06
期刊:Communications in Computational Physics
影响因子:3.7
作者:An Jing;Cao Waixiang;Zhang Zhimin
通讯作者:Zhang Zhimin
DOI:--
发表时间:2019
期刊:中国科学:数学
影响因子:--
作者:谭婷;安静
通讯作者:安静
Spectral-Galerkin approximation and optimal error estimate for biharmonic eigenvalue problems in circular/spherical/elliptical domains
圆/球/椭圆域双调和特征值问题的谱伽辽金近似和最优误差估计
DOI:10.1007/s11075-019-00760-4
发表时间:2019
期刊:Numerical Algorithms
影响因子:2.1
作者:Jing An;Huiyuan Li;Zhimin Zhang
通讯作者:Zhimin Zhang
四阶旋度问题高效谱方法研究及应用
- 批准号:12461078
- 项目类别:地区科学基金项目
- 资助金额:--
- 批准年份:2024
- 负责人:安静
- 依托单位:
哈密尔顿系统高效高精度算法研究及其应用
- 批准号:--
- 项目类别:地区科学基金项目
- 资助金额:35万元
- 批准年份:2020
- 负责人:安静
- 依托单位:
非线性Hamiltonian 系统高效谱方法及其应用
- 批准号:11726604
- 项目类别:数学天元基金项目
- 资助金额:10.0万元
- 批准年份:2017
- 负责人:安静
- 依托单位:
国内基金
海外基金
