具有周期结构系数矩阵的几类离散系统的高效预条件子

具有周期结构系数矩阵的几类离散系统的高效预条件子

论文摘要

辐射扩散方程是描述辐射传输过程的基本模型,保对称有限体元法是数值求解该方程最常用的离散方法之一,但在求解这类问题的过程中,常面临着离散系统规模大、周期边界条件和大变形网格等因素带来的挑战,导致其离散系统条件数很差,因而需要为其设计高效预条件求解算法.本文针对求解两种情形下周期结构系数矩阵的离散系统的高效预条件算法开展研究.首先针对第一种情形下周期结构系数矩阵的二维辐射扩散问题的离散系统,通过引入合理的权系数设计了一种新的近似追赶法预条件子,其中内周期一维子问题采用含追赶法的Shur补方法进行求解.接着针对第一种情形下周期结构系数矩阵的三维辐射扩散问题的离散系统,通过引入面粗化策略和两种三维块磨光算子,设计了基于块(面)粗化的多层网格法预条件子.在此基础上,针对第二种情形下周期结构系数矩阵的离散系统的特点,对上述基于块(面)粗化的多层网格法中的限制算子和磨光算子进行改进,设计了一种适用于求解含周期边界条件三维辐射扩散问题的新多层网格法预条件子.最后为上述三种预条件子设计了相应的预条件共轭梯度法解法器.数值实验表明这些预条件共轭梯度法解法器均是稳健高效的.

论文目录

  • 摘要
  • Abstract
  • 第一章 绪论
  • 第二章 预备知识
  •   2.1 几种基本算法
  •     2.1.1 追赶法
  •     2.1.2 PCG法
  •     2.1.3 AMG法
  •   2.2 保对称有限体元格式
  •   2.3 周期结构矩阵
  • 第三章 一种面向二维周期结构网格的预条件子
  •   3.1 模型方程与离散系统
  •     3.1.1 模型方程
  •     3.1.2 离散系统
  •   3.2 一种近似追赶法预条件子
  •     3.2.1 近似追赶法
  • i-1的近似计算公式'>    3.2.2 (?)i-1的近似计算公式
  •     3.2.3 shur补方法
  •     3.2.4 数值实验
  • 第四章 一种面向三维周期结构网格的预条件子
  •   4.1 模型方程与离散系统
  •     4.1.1 模型问题
  •     4.1.2 离散系统
  •   4.2 一种近似追赶法预条件子
  •   4.3 两种基于块(面)粗化的多层网格法
  •     4.3.1 基于块(面)粗化的多层网格设置算法(MG-Setup)
  •     4.3.2 基于块(面)粗化的多层网格求解算法(MG-Solver)
  •     4.3.3 多层网格法各要素对求解效率的影响
  •     4.3.4 数值实验
  • 第五章 一种面向三维周期边界条件扩散问题的预条件子
  •   5.1 模型方程与离散系统
  •     5.1.1 模型问题
  •     5.1.2 离散系统
  •   5.2 一种新的多层网格法
  •     5.2.1 新的限制矩阵算法
  •     5.2.2 新的多层网格各要素对求解效率的影响
  •     5.2.3 数值实验
  • 总结与展望
  • 参考文献
  • 致谢
  • 附录
  • 文章来源

    类型: 硕士论文

    作者: 阮慧勤

    导师: 冯春生

    关键词: 辐射扩散方程,周期结构矩阵,大变形网格,追赶法,块粗化,多层网格法

    来源: 湘潭大学

    年度: 2019

    分类: 基础科学

    专业: 数学,数学

    单位: 湘潭大学

    分类号: O241.82

    DOI: 10.27426/d.cnki.gxtdu.2019.000902

    总页数: 61

    文件大小: 2033K

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