时域电磁计算的LU分解ADI-FVTD方法

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作者 许勇 牟斌 《微波学报》 CSCD 北大核心 2024年第S1期1-4,共4页

本文提出一种新的时变电磁场交替方向全隐有限体积计算方法,麦克斯韦方程组和空气动力学欧拉方程同为双曲型偏微分方程组,因此计算流体力学(CFD)技术能够在计算电磁学(CEM)中得到推广求解高精度电磁场。不同于ADI-FDTD仅采用物理时间求... 本文提出一种新的时变电磁场交替方向全隐有限体积计算方法,麦克斯韦方程组和空气动力学欧拉方程同为双曲型偏微分方程组,因此计算流体力学(CFD)技术能够在计算电磁学(CEM)中得到推广求解高精度电磁场。不同于ADI-FDTD仅采用物理时间求导项,本文采用双时间方法添加定常虚拟时间导数项,使得物理时间推进步长仅由数值精度决定而不受稳定性限制,稳定性则由虚拟时间子迭代满足。本文隐式迭代采用雅可比系数矩阵分裂,得到在不同方向上的交替方向追赶法(ADI),隐式通量计算采用Steger-Warming分裂,并逐维度进行LU前后向迭代求解,如此得到全隐时变电磁场数值模拟,在保持高数值精度同时,节省计算时间并提升计算效率。 展开更多

关键词 计算流体力学 麦克斯韦方程组 交替方向隐式 时域有限体积法 电磁场

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ADI-FDTD+GRT在波导电路分析中的应用 被引量：2

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作者 张岩 吕善伟 《电子学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2005年第9期1688-1690,共3页

本文研究时域有限差分法(FDTD)的一种新的时空压缩技术,并应用于波导电路的分析.首先分析了软激励条件下的改进的几何重置技术(GRT),研究了合理选择源面与参考面的放置位置,使GRT不仅减小了吸收边界对计算结果的影响,而且节省了计算空间... 本文研究时域有限差分法(FDTD)的一种新的时空压缩技术,并应用于波导电路的分析.首先分析了软激励条件下的改进的几何重置技术(GRT),研究了合理选择源面与参考面的放置位置,使GRT不仅减小了吸收边界对计算结果的影响,而且节省了计算空间,还可以精确得到全部散射参量.另外阐述了与交替方向隐式时域有限差分法(ADI-FDTD)相结合,使计算空间和时间同时被压缩,达到节省计算资源的目的.为了衡量ADI-FDTD+GRT算法的计算精度和效率,分析了包含不连续结构的波导作为算例,将其数值计算结果分别与传统FDTD和HFSS作比较,并将端面和参考面不同间距的ADI-FDTD+GRT与传统ADI-FDTD在仿真结果和资源占用方面进行对比,结果表明本文算法是精确和高效的. 展开更多

关键词 时域有限差分法 隐式交替方向法 几何重置技术 波导

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色散媒质中ADI-FDTD 被引量：1

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作者 王禹 袁乃昌 《微波学报》 CSCD 北大核心 2004年第4期16-19,共4页

基于交替方向隐式 (ADI)技术的时域有限差分 (FDTD)法是一种非条件稳定的计算方法 ,该方法的时间步长不受Courant稳定条件限制 ,而由数值色散误差决定。与传统的FDTD相比 ,ADI FDTD增大了时间步长 ,从而缩短了总的计算时间。本文采用递... 基于交替方向隐式 (ADI)技术的时域有限差分 (FDTD)法是一种非条件稳定的计算方法 ,该方法的时间步长不受Courant稳定条件限制 ,而由数值色散误差决定。与传统的FDTD相比 ,ADI FDTD增大了时间步长 ,从而缩短了总的计算时间。本文采用递归卷积方法将ADI FDTD推广应用于色散媒质 ,推导了二维情况下色散媒质中的ADI FDTD迭代公式。应用推导公式计算了色散土壤中目标的散射 ,并与色散媒质FDTD结果对比 ,在大量减少计算时间的情况下 ,两者结果符合很好。 展开更多

关键词 adi-FDTD 媒质 交替方向 数值色散 迭代公式 推导 公式计算 计算时间 时域有限差分(FDTD) 卷积

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三维柱坐标ADI-FDTD算法及其CPML实现 被引量：1

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作者 朱大伟 陈海林 +1 位作者 杨洁 陈彬 《微波学报》 CSCD 北大核心 2019年第5期8-12,39,共6页

提出一种三维柱坐标交互隐式方向(ADI)时域有限差分算法(FDTD)及其卷积完全匹配层(CPML)的实现方案。首先,为了简化公式的冗繁和编程的需要,将传统三维柱坐标时域有限差分算法转换成矩阵表达式的形式。其次,以矩阵变换的方式提出三维柱... 提出一种三维柱坐标交互隐式方向(ADI)时域有限差分算法(FDTD)及其卷积完全匹配层(CPML)的实现方案。首先,为了简化公式的冗繁和编程的需要,将传统三维柱坐标时域有限差分算法转换成矩阵表达式的形式。其次,以矩阵变换的方式提出三维柱坐标系下ADI-FDTD算法的矩阵表达式。最后,将匹配层的影响参数以辅助变量的方式添加至该算法中,从而完成本文算法的CPML实现。算例证明本文算法在时域和频域均有较好的效率和精度,并且具有良好的CPML吸收效果,其反射系数可达-63^-70 dB。 展开更多

关键词 三维柱坐标 交互变换 时域有限差分 矩阵表达式 辅助变量 卷积完全匹配层

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等离子体电波传播及散射问题的CDRC-ADI-FDTD方法

5

作者 刘少斌 周永刚 何小祥 《南京航空航天大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2006年第6期666-669,共4页

首次把交替方向隐式技术(AD I)与等离子体的电流密度递归(CDRC)卷积技术结合,给出了碰撞非磁化等离子体的CDRC-AD I-FDTD方法。推导了碰撞非磁化等离子体中的二维CDRC-AD I-FDTD迭代公式,并用算例验证了碰撞非磁化等离子体CDRC-AD I-FDT... 首次把交替方向隐式技术(AD I)与等离子体的电流密度递归(CDRC)卷积技术结合,给出了碰撞非磁化等离子体的CDRC-AD I-FDTD方法。推导了碰撞非磁化等离子体中的二维CDRC-AD I-FDTD迭代公式,并用算例验证了碰撞非磁化等离子体CDRC-AD I-FDTD算法也是无条件稳定的。计算结果表明,等离子体CDRC-AD I-FDTD算法与传统的FDTD方法和等离子体JEC-FDTD方法的计算结果吻合,计算效率更高。 展开更多

关键词 交替方向隐式 时域有限差分法 电流密度递归卷积 等离子体

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ADI-MRTD算法在新型非对称共面波导滤波器中的应用

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作者 范木杰 房少军 李晓明 《吉林大学学报（理学版）》 CAS CSCD 北大核心 2011年第6期1115-1118,共4页

通过给出交替隐式时域多分辨分析算法(ADI-MRTD)公式,用完全匹配层(PML)作为ADI-MRTD算法的吸收边界条件,将其应用到非对称共面波导(ACPW)及超宽带ACPW滤波器.计算及实验结果表明,ADI-MRTD算法与传统FDTD算法相比,所需计算的网格数量减... 通过给出交替隐式时域多分辨分析算法(ADI-MRTD)公式,用完全匹配层(PML)作为ADI-MRTD算法的吸收边界条件,将其应用到非对称共面波导(ACPW)及超宽带ACPW滤波器.计算及实验结果表明,ADI-MRTD算法与传统FDTD算法相比,所需计算的网格数量减少,节省了计算内存,计算效率更高,与FDTD计算结果及测量结果相符. 展开更多

关键词 交替隐式时域多分辨分析 完全匹配层 非对称共面波导 滤波器

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ADI-FDTD在激励源和完纯导体边界处的精确格式

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作者 周永刚 徐金平 《南京航空航天大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2006年第4期493-496,共4页

证明了当采用交替方向隐式时域有限差分法(AD I-FDTD)计算时,完纯导体和激励源处的算法格式与无源空间的算法格式不同,并推导了AD I-FDTD算法在源和完纯导体所在网格处的精确格式。利用常规的FDTD、无源空间的AD I-FDTD以及在源和导体... 证明了当采用交替方向隐式时域有限差分法(AD I-FDTD)计算时,完纯导体和激励源处的算法格式与无源空间的算法格式不同,并推导了AD I-FDTD算法在源和完纯导体所在网格处的精确格式。利用常规的FDTD、无源空间的AD I-FDTD以及在源和导体处采用精确格式的AD I-FDTD,分别计算了点源激励的在自由空间传播的二维TE波、TM波垂直入射于金属条带FSS的散射场。计算结果表明,如果计算域中包含导体或激励源,直接采用通常的AD I-FDTD格式会带来很大的计算误差,而采用该精确格式后,计算结果与FDTD的计算结果吻合,从而证明了本文导出的AD I-FDTD在导体和激励源处的精确格式的正确性和使用的必要性。 展开更多

关键词 交替方向隐式时域有限差分法(adi-FDTD) 导体 激励源 完纯导体

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一种基于PDD算法的ADI-FDTD算法研究

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作者 吴建斌 李太全 田茂 《计算机工程与应用》 CSCD 2013年第23期195-198,202,共5页

为提高隐含变向时域有限差分算法(ADI-FDTD)的计算效率,鉴于并行对角占优算法(PDD)求解三对角方程的高效性,引入PDD算法实现了基于MPI的ADI-FDTD的并行计算。通过对运算时间、通信时间的分析,讨论了算法的效率。分析了由于PDD算法的近... 为提高隐含变向时域有限差分算法(ADI-FDTD)的计算效率,鉴于并行对角占优算法(PDD)求解三对角方程的高效性,引入PDD算法实现了基于MPI的ADI-FDTD的并行计算。通过对运算时间、通信时间的分析,讨论了算法的效率。分析了由于PDD算法的近似处理所引入的计算误差,研究了误差估计与子区域网格数和Courant因子的关系,该研究工作有利于合理选择子区域网格数和Courant因子,进而减小计算误差。最后,通过算例验证了结论的正确性。 展开更多

关键词 隐含变向时域有限差分算法 子区域划分 并行对角占优算法 Courant因子

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ADI-FDTD方法在乳腺癌检测正向计算中的应用 被引量：1

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作者 陈碧云 张业荣 潘鑫 《电波科学学报》 EI CSCD 北大核心 2016年第5期1016-1022,共7页

传统的时域有限差分(Finite-Difference Time-Domain,FDTD)算法受到稳定性条件的制约,时间步长受限于空间网格的尺寸.医学应用讲究即时性,为提高成像的速度,文中采用无条件稳定的交替隐式时域有限差分(Alternating-Direction Implicit F... 传统的时域有限差分(Finite-Difference Time-Domain,FDTD)算法受到稳定性条件的制约,时间步长受限于空间网格的尺寸.医学应用讲究即时性,为提高成像的速度,文中采用无条件稳定的交替隐式时域有限差分(Alternating-Direction Implicit Finite-Difference Time-Domain,ADI-FDTD)算法替代传统的FDTD算法进行正向计算,通过实验得出采用ADI-FDTD算法在保证精度的前提下,计算时间可缩短为FDTD算法的四分之一,为乳腺癌微波即时成像提供了可能. 展开更多

关键词 交替隐式时域有限差分法 微波断层成像 乳腺癌

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二维复值Ginzburg-Landau方程的一个高阶紧致ADI差分格式 被引量：3

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作者 朱晨怡 王廷春 《南京航空航天大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2019年第3期341-349,共9页

对二维复值金兹堡朗道(Ginzburg-Landau,GL)方程提出一个基于时间分裂的高阶紧致交替方向隐式有限差分格式。本文通过时间分裂法将GL方程分裂成一个非线性子问题及两个线性子问题,对非线性子问题以及其中一个线性子问题均通过精确积分... 对二维复值金兹堡朗道(Ginzburg-Landau,GL)方程提出一个基于时间分裂的高阶紧致交替方向隐式有限差分格式。本文通过时间分裂法将GL方程分裂成一个非线性子问题及两个线性子问题,对非线性子问题以及其中一个线性子问题均通过精确积分进行计算,并对另一线性子问题构造紧致交替方向隐式差分格式进行数值计算。实际计算中,在每一时间步,利用追赶法求解一族常系数三对角线性代数方程组,从而使得算法既具有较高精度又拥有较快的计算速度。数值实验表明该算法在时间和空间方向分别具有二阶和四阶精度,并模拟了方程的一些动力学行为。 展开更多

关键词 二维复值Ginzburg-Landau方程 时间分裂算法 紧致差分 交替方向隐格式

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一种降低ADI-FDTD算法数值色散的准各向同性空间差分法

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作者 陈志贤 王伟科 《微波学报》 CSCD 北大核心 2017年第S1期14-21,共8页

使用准各向同性的空间差分格式替代常规ADI-FDTD算法中的差分形式来改善原算法中的数值色散问题。修正后的算法依然保持了无条件稳定的优势;同时,通过合理选择加权系数,仿真过程中的数值色散误差可以显著降低。推导出了修正算法的数值... 使用准各向同性的空间差分格式替代常规ADI-FDTD算法中的差分形式来改善原算法中的数值色散问题。修正后的算法依然保持了无条件稳定的优势;同时,通过合理选择加权系数,仿真过程中的数值色散误差可以显著降低。推导出了修正算法的数值色散关系,并从入射角、时间步长和网格尺寸等3个方面分析了修正算法数值色散问题的改进程度。最后,通过一个算例对比演示了改进算法的精度和计算效率。 展开更多

关键词 adi-FDTD 数字色散 准各向同性空间差分法 无条件稳定 加权系数

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油水运移聚集数值模拟和分析 被引量：12

12

作者 袁益让 赵卫东 +1 位作者 程爱杰 韩玉笈 《应用数学和力学》 EI CSCD 北大核心 1999年第4期386-392,共7页

油资源的运移聚集数值模拟是描述在盆地发育中油水运移聚集演化的历史，它对于油田的勘探和合理开发有着重要的价值·本文提出问题的数学模型和修正交替方向隐式迭式格式·对于著名的二次运移聚集的水动力学实验（剖面和平面问... 油资源的运移聚集数值模拟是描述在盆地发育中油水运移聚集演化的历史，它对于油田的勘探和合理开发有着重要的价值·本文提出问题的数学模型和修正交替方向隐式迭式格式·对于著名的二次运移聚集的水动力学实验（剖面和平面问题），进行了数值模拟，模拟结果和实验结果是完全吻合的· 展开更多

关键词 油水运移 聚集 数值模拟 油资源 石油地质

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高维热传导方程的高精度交替方向隐式方法 被引量：12

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作者 葛永斌 田振夫 吴文权 《上海理工大学学报》 EI CAS 北大核心 2007年第1期55-58,共4页

提出了数值求解二维和三维热传导方程的高精度交替方向隐式(ADI)方法,其空间为四阶精度、时间为二阶精度,并通过Neumann方法证明是无条件稳定的.该方法沿每个空间方向只涉及3个网格基架点,因此可以重复采用TDMA算法,大大节省了计算时间... 提出了数值求解二维和三维热传导方程的高精度交替方向隐式(ADI)方法,其空间为四阶精度、时间为二阶精度,并通过Neumann方法证明是无条件稳定的.该方法沿每个空间方向只涉及3个网格基架点,因此可以重复采用TDMA算法,大大节省了计算时间.数值实验验证了该方法的高阶精度,并与二阶的Peaceman-Rachford格式、Douglas格式及Crank-Nicolson格式进行了比较. 展开更多

关键词 热传导方程 高阶紧致格式 交替方向隐式方法 稳定性

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图像处理中扩散方程的快速数值解法 被引量：9

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作者 王卫卫 冯象初 《电子与信息学报》 EI CSCD 北大核心 2009年第7期1736-1740,共5页

该文给出图像处理中常用的二阶非线性扩散方程的快速求解算法。首先提出一种线性差分离散格式,既包含了显格式,也包含了隐格式;其次给出了数值稳定性条件,最后讨论了3种快速解法:多重网格法(MG),交替方向隐格式(ADI),和加性算子分离格式... 该文给出图像处理中常用的二阶非线性扩散方程的快速求解算法。首先提出一种线性差分离散格式,既包含了显格式,也包含了隐格式;其次给出了数值稳定性条件,最后讨论了3种快速解法:多重网格法(MG),交替方向隐格式(ADI),和加性算子分离格式(AOS)。对3种方法进行了比较和评价,结果表明:用3种方法得到的去噪效果基本相同;ADI和AOS实现较简单;多重网格法得到的恢复图像在光滑区域视觉上优于两种直接法。 展开更多

关键词 图像处理 非线性扩散 多重网格法 交替方向隐格式 加性算子分离法

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三维重力波非线性传播数值模型的一种求解格式 被引量：6

15

作者 岳显昌 易帆 《空间科学学报》 CAS CSCD 北大核心 2001年第2期148-158,共11页

采用交替方向隐格式（ＡＤＩ）求解三维可压大气中重力波非线性传播的数值模型．经过几个波周期后，重力波波包仍然沿着线性理论射线方向稳定地传播，波包保持着很好的形状，内点和边界保持稳定；水平风与垂直运动的振幅随着传播高度的... 采用交替方向隐格式（ＡＤＩ）求解三维可压大气中重力波非线性传播的数值模型．经过几个波周期后，重力波波包仍然沿着线性理论射线方向稳定地传播，波包保持着很好的形状，内点和边界保持稳定；水平风与垂直运动的振幅随着传播高度的增加而增加．这说明ＡＤＩ格式是模拟三维可压大气中重力波传播的一种可靠的格式．模拟结果也表明，在非线性情况下，重力波仍可保持线性传播的某些特征，非线性效应主要表现在对波包传播速度的修正． 展开更多

关键词 重力波波包 非线性传播 交替方向隐格式 adi

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风暴潮三维数值计算模式的研究及在渤海湾的应用 被引量：2

16

作者 李大鸣 范玉 +2 位作者 徐亚男 付庆军 李晓瑜 《海洋科学》 CAS CSCD 北大核心 2012年第7期7-13,共7页

以实验室二维温带风暴潮数值模型为基础,综合考虑海洋潮波动力与风应力联合作用,建立温带风暴潮三维数值计算模型。模型从推导三维风暴潮基本控制方程出发,并应用交替方向隐格式(ADI)方法对方程进行离散求解。对于浅水动边界,模型采取... 以实验室二维温带风暴潮数值模型为基础,综合考虑海洋潮波动力与风应力联合作用,建立温带风暴潮三维数值计算模型。模型从推导三维风暴潮基本控制方程出发,并应用交替方向隐格式(ADI)方法对方程进行离散求解。对于浅水动边界,模型采取局部深槽、缩小水域的活动边界处理方法。利用拟三维数值计算方法,并提出了非平面水深等分模式和平面等水深分布模式,应用这两种计算模式分别对渤海湾2009年5月8～10日发生的风暴潮过程进行了数值模拟。将风暴潮位计算结果和增水位计算结果与塘沽验潮站的实际观测数值进行对比验证,结果显示受风应力与潮波联合作用的风暴潮位和增水位与实测数据吻合良好;通过比较得到了平面等水深分布模式的计算成果要比非平面水深等分模式的计算成果更接近观测资料的结论,为风暴潮预报提供了理论依据。 展开更多

关键词 风暴潮 数值模拟 拟三维模型 交替方向隐格式(adi)方法 渤海湾

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一种非条件稳定的隐式时域有限差分法 被引量：2

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作者 高文军 吕善伟 《电子学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2002年第6期900-902,共3页

介绍一种基于交替方向隐式 (ADI)技术的时域有限差分法 (FDTD) .该方法是非条件稳定的 ,时间步长不再受到Courant稳定条件的限制 ,而是由数值色散误差来确定 .与传统的FDTD相比 ,ADI FDTD增大了时间步长 ,从而缩短了总的计算时间 ,特别... 介绍一种基于交替方向隐式 (ADI)技术的时域有限差分法 (FDTD) .该方法是非条件稳定的 ,时间步长不再受到Courant稳定条件的限制 ,而是由数值色散误差来确定 .与传统的FDTD相比 ,ADI FDTD增大了时间步长 ,从而缩短了总的计算时间 ,特别是当空间网格远小于波长时 ,优点更加突出 .首次把完全匹配层 (PML)边界条件应用到ADI FDTD计算中 ,采用幂指数形式的时间步进算法 ,推导了相应的迭代公式 .进行了实例计算 ,并与传统FDTD的结果对比 ,验证了ADI FDTD的有效性与优越性 . 展开更多

关键词 时域有限差分法 FDTD 交替方向隐式技术 adi 完全匹配层 PML 电磁场

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大庆市多决口洪水的二维动态模拟 被引量：1

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作者 冯民权 周孝德 +1 位作者 郑邦民 宋策 《四川大学学报（工程科学版）》 EI CAS CSCD 2003年第2期22-26,共5页

在大庆市洪水模拟中引入坐标变换、交替方向、交错网格、线性递推、隐格式的二维非恒定流模型,可完全适应不规则的河流边界,实现水流的快速预报;同时,将GIS、RS和洪水模拟模型有机地结合起来,实现实时动态地率定模型参数、显示洪水演进... 在大庆市洪水模拟中引入坐标变换、交替方向、交错网格、线性递推、隐格式的二维非恒定流模型,可完全适应不规则的河流边界,实现水流的快速预报;同时,将GIS、RS和洪水模拟模型有机地结合起来,实现实时动态地率定模型参数、显示洪水演进过程与查询信息。 展开更多

关键词 大庆市 洪水模拟 二维动态模拟 预报 水流 坐标变换 非工程防洪

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三维波动方程的高精度交替方向隐式方法 被引量：2

19

作者 马月珍 田娣 葛永斌 《河南科技大学学报（自然科学版）》 CAS 2008年第6期86-89,92,共5页

提出了数值求解三维波动方程的2种精度分别为O(τ2+h4)和O(τ4+h4)的交替方向隐式(ADI)格式,并且通过Fourier方法证明了格式的稳定性。该方法在沿每个空间方向上只涉及三个网格基架点,因此可以重复采用TDMA算法,从而可以大大节省计算时... 提出了数值求解三维波动方程的2种精度分别为O(τ2+h4)和O(τ4+h4)的交替方向隐式(ADI)格式,并且通过Fourier方法证明了格式的稳定性。该方法在沿每个空间方向上只涉及三个网格基架点,因此可以重复采用TDMA算法,从而可以大大节省计算时间,数值实验验证了本文方法的精确性和可靠性。 展开更多

关键词 波动方程 高阶紧致格式 交替方向隐式方法 稳定性

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反应扩散方程的紧交替方向差分算法 被引量：2

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作者 陈贞忠 张芳 《天津工业大学学报》 CAS 北大核心 2010年第6期78-82,共5页

研究了三维常系数反应扩散方程的紧交替方向隐式差分格式.首先综合运用降阶法和降维法导出了紧差分格式,并给出了差分格式截断误差的表达式;其次引进过渡层变量,给出了紧交替方向隐式差分格式算法;利用Fouier稳定性方法证明了差分格式... 研究了三维常系数反应扩散方程的紧交替方向隐式差分格式.首先综合运用降阶法和降维法导出了紧差分格式,并给出了差分格式截断误差的表达式;其次引进过渡层变量,给出了紧交替方向隐式差分格式算法;利用Fouier稳定性方法证明了差分格式的稳定性和收敛性,且收敛阶为O(τ2+h4),并应用Richardson外推法外推一次得到具有O(τ4+h6)阶精度的近似解.数值实验结果证实,数值结果和理论结果是吻合的. 展开更多

关键词 反应扩散方程 紧差分格式 交替方向隐式差分格式 截断误差 绝对稳定

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