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波动方程高精度保结构算法及理论分析

批准号:
12071455
项目类别:
面上项目
资助金额:
52.0 万元
负责人:
徐岩
依托单位:
学科分类:
算法基础理论与构造方法
结题年份:
2024
批准年份:
2020
项目状态:
已结题
项目参与者:
徐岩

项目摘要

结项摘要

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中文摘要
本项目以物理领域中广泛应用的波动方程为研究目标,研究该类方程的高精度算法,建立基于port-Hamiltonian系统的外微分有限元算法的理论框架,主要的设计思想是在间断有限元的离散过程中将每个局部单元处理为port-Hamiltonian系统,建立相关理论和严格的数学基础,研制相关的数值模拟软件,为该类方程广泛应用于实际问题提供强有力的工具。研究的方程主要包括经典波动方程、薛定谔方程、Maxwell方程、Sine-Gordon方程、弹性动力学(elastodynamics)方程等,并将算法应用到诸多实际应用领域,如地震波成像、水波问题、电磁学问题等的数值模拟。这不仅对外微分有限元和port-Hamiltonian系统的发展具有推动作用,而且由于波动方程在众多物理问题中的广泛应用,将对许多数学分支及交叉学科的发展都有重要影响和促进作用,具有十分重要的理论和现实意义。
英文摘要
In this project, we will develop high order discontinuous Galerkin methods for wave equations in physics. We will use exterior calculus which provides a mathematical framework to derive structure preserving numerical discretizations. The key idea is to consider each element in discontinuous Galerkin discretization as a port-Hamiltonian system. We will build up the mathematical theory of the numerical methods and develop the software for the numerical simulations, which will provide the useful tool for solving these type equations in application area. We will mainly focus on the classical wave equation, Schrodinger equation, KdV equation, Maxwell equation, Sine-Gordon equation, elastodynamics equations and other related physical models. We will use the new numerical methods to simulate the physical models for seismic imaging, water wave, electromagnetics. The project will be useful for development of the finite element exterior calculus and port-Hamiltonian system. There are important theoretical and practical significance. It will have a good impact and role on many branches of mathematics and interdisciplinary development.
本项目主要针对物理领域中广泛应用的波动方程为研究目标,设计保持物理结构和特性的高精度算法,建立基于外微分有限元算法的理论框架,设计高精度端口哈密顿系统离散方法,对算法相关的稳定性、误差分析、超收敛、自适应算法、快速迭代算法、限制器等方面进行系统地研究等方面,由于波动方程在众多物理问题中的广泛应用,将对许多数学分支及交叉学科的发展都有重要影响和促进作用,具有十分重要的理论和现实意义。项目执行期间,本项目在偏微分方程的端口哈密顿系统及其数值离散化方法、波动方程的高精度方法的设计与分析、高精度间断有限元方法的理论分析、守恒律方程高精度保结构方法、高精度隐式保正算法及其应用、高精度谱延迟校正时间离散格式、自适应算法策略等方面都取得了进展,并将算法应用到诸多实际应用领域,为算法广泛应用于工业和应用问题提供数学基础。项目执行期间共发表有标注期刊论文26篇,已接受论文8篇,已投稿文章5篇。培养毕业博士研究生5名。
非经典双曲型守恒律方程数值模拟与分析
  • 批准号:
    11371342
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    50.0万元
  • 批准年份:
    2013
  • 负责人:
    徐岩
  • 依托单位:
非线性波动方程高精度自适应算法的理论研究与数值模拟
  • 批准号:
    10971211
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    25.0万元
  • 批准年份:
    2009
  • 负责人:
    徐岩
  • 依托单位:
非线性波动问题的数值模拟与分析
  • 批准号:
    10601055
  • 项目类别:
    青年科学基金项目
  • 资助金额:
    16.0万元
  • 批准年份:
    2006
  • 负责人:
    徐岩
  • 依托单位:
国内基金
海外基金