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带Neumman阻尼边界条件二维波动方程的交替方向隐式差分格式 被引量:1
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作者 刘建康 柴玉静 《贵州师范大学学报(自然科学版)》 CAS 2017年第5期60-69,共10页
对一类带有Neumman阻尼边界条件的二维波动方程构造了一个交替方向隐式差分格式,每一时间层上只要求解一系列三对角线性方程。通过离散能量方法证明所构造的差分格式在L2范数意义下关于时间是1阶收敛和空间方向是1.5阶收敛的,并且关于... 对一类带有Neumman阻尼边界条件的二维波动方程构造了一个交替方向隐式差分格式,每一时间层上只要求解一系列三对角线性方程。通过离散能量方法证明所构造的差分格式在L2范数意义下关于时间是1阶收敛和空间方向是1.5阶收敛的,并且关于初始条件和右端源项都是无条件稳定的。 展开更多
关键词 波动方程 Neumman阻尼边界 交替方向格式 收敛性 稳定性
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基于ADMM算法优化的矩形网格隐式有限差分波动方程正演模拟
2
作者 王文化 文晓涛 +2 位作者 吴昊 杨吉鑫 匡胤 《地球物理学报》 北大核心 2025年第2期680-695,共16页
有限差分(FD)法广泛用于地震勘探领域的波动方程数值模拟.由于存在“饱和效应”,利用Taylor级数展开法(TE)计算高阶FD系数会在高频和粗网格条件下产生明显的数值频散.一般的常系数优化法能在较大波数区间取得更高的数值精度,但缺乏对中... 有限差分(FD)法广泛用于地震勘探领域的波动方程数值模拟.由于存在“饱和效应”,利用Taylor级数展开法(TE)计算高阶FD系数会在高频和粗网格条件下产生明显的数值频散.一般的常系数优化法能在较大波数区间取得更高的数值精度,但缺乏对中、低波数区间的误差约束;此外,它们大多沿单空间方向压制数值频散,因而无法缓解矩形网格模板的数值各向异性.本文基于隐式FD模板发展了一种多空间方向优化的波动方程正演模拟方法,以同时解决数值频散和数值各向异性问题.针对实用性更强的矩形网格单元,本文基于L_(1)范数建立目标函数并增加波传播角约束以减小数值各向异性,然后运用交替方向乘子法(ADMM)求解优化问题从而实现提高模拟精度的目的.理论误差曲线分析表明,相比传统TE方法和其他单向L_(1)范数、L_(2)范数、L_(∞)范数优化方法,本文基于L_(1)范数的多向优化方法在中、低波数区间具有最小的绝对误差,同时能更好的均衡各个方位角之间的误差分布.均匀介质、Marmousi-2地质模型的正演模拟算例均证明本文所提出的方法比其他三种优化方法在减小长时程测试下的误差积累方面更有优势. 展开更多
关键词 有限差分 矩形网格 波动方程正演 常系数优化法 交替方向乘子法
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三维频率域声波方程最优隐式27点有限差分正演模拟
3
作者 袁雨欣 刘洪 《地球物理学报》 北大核心 2025年第8期3207-3222,共16页
本文提出了一种最优隐式27点有限差分格式用于三维频率域声波方程正演模拟,以提高地震波模拟的数值解精度.文章首先推导了三维频率域声波方程的隐式27点有限差分格式,并通过最小化相速度误差,获得了不同空间采样间距比情况下的最优系数... 本文提出了一种最优隐式27点有限差分格式用于三维频率域声波方程正演模拟,以提高地震波模拟的数值解精度.文章首先推导了三维频率域声波方程的隐式27点有限差分格式,并通过最小化相速度误差,获得了不同空间采样间距比情况下的最优系数.与经典的显式7点有限差分格式相比,在相速度误差不大于1%的条件下,最优隐式27点格式将每个波长的采样点数从13减少到4.该格式随后应用于等间距和不等间距的均匀介质模拟,并进一步验证了其对非均匀盐丘模型模拟的有效性.结果表明,与经典的7点有限差分格式相比,最优隐式27点有限差分格式能够更有效抑制数值频散并提高模拟精度. 展开更多
关键词 三维声波方程 频率域 有限差分格式 优化系数
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求解Boussinesq方程的四阶紧致隐式显式Runge-Kutta格式
4
作者 王红玉 依力米努尔·尼扎木 开依沙尔·热合曼 《工程数学学报》 北大核心 2025年第4期683-695,共13页
采用空间方向上的三点四阶紧致有限差分法和时间方向上的保持强稳定性的三阶隐式显式Runge-Kutta方法,提出了Boussinesq方程的一种空间四阶、时间三阶的紧致差分格式,利用傅里叶分析验证了所提格式的稳定性。通过对几个数值算例的数值... 采用空间方向上的三点四阶紧致有限差分法和时间方向上的保持强稳定性的三阶隐式显式Runge-Kutta方法,提出了Boussinesq方程的一种空间四阶、时间三阶的紧致差分格式,利用傅里叶分析验证了所提格式的稳定性。通过对几个数值算例的数值结果分析和比较,验证了所提格式的有效性。 展开更多
关键词 BOUSSINESQ方程 四阶紧致差分格式 Runge-Kutta方法
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基于UPML边界条件的交替方向隐式有限差分法GPR全波场数值模拟 被引量:26
5
作者 冯德山 陈承申 戴前伟 《地球物理学报》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2010年第10期2484-2496,共13页
交替方向隐式差分(ADI FDTD)法突破了Courand-Friedrich-Levy(CFL)条件的约束,具有无条件稳定的特点;而单轴各向异性完全匹配层(UPML)边界条件具有宽频带吸收特性,不需要对电场和磁场进行分裂,迭代公式简单,便于编程的特点.综合两者优势... 交替方向隐式差分(ADI FDTD)法突破了Courand-Friedrich-Levy(CFL)条件的约束,具有无条件稳定的特点;而单轴各向异性完全匹配层(UPML)边界条件具有宽频带吸收特性,不需要对电场和磁场进行分裂,迭代公式简单,便于编程的特点.综合两者优势,本文提出了基于UPML边界条件的ADI-FDTD探地雷达数值模拟算法,通过对3个二维Maxwell方程进行离散化,推导了GPR波的ADI-FDTD及其UPML边界条件的两个子时间步的迭代差分公式,并分别给出了详细计算步骤.在此基础上,开发了相应的模拟程序,应用该程序对两个GPR模型进行了正演模拟,得到了两个正演模型的wiggle图、扫描图与全波场快照.通过分析这些雷达剖面图与波场快照,可以了解雷达波形在空间中的传播过程及变化规律,有助于雷达资料更可靠、更准确的解释.模拟结果表明,基于UPML边界条件的ADI-FDTD算法可取较大的时间步长,消除了截断边界处的强反射,能对简单与复杂GPR模型进行快速、高效模拟. 展开更多
关键词 探地雷达 交替方向有限差分 单轴各向异性完全匹配层 数值模拟
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三阶非线性KdV方程的交替分段显-隐差分格式 被引量:15
6
作者 曲富丽 王文洽 张鸿庆(推荐) 《应用数学和力学》 CSCD 北大核心 2007年第7期869-876,共8页
对三阶非线性KdV方程给出了一组非对称的差分公式,用这些差分公式与显、隐差分公式组合,构造了一类具有本性并行的交替分段显-隐格式.证明了格式的线性绝对稳定性.对1个孤立波解、2个孤立波解的情况分别进行了数值试验.数值结果显示,交... 对三阶非线性KdV方程给出了一组非对称的差分公式,用这些差分公式与显、隐差分公式组合,构造了一类具有本性并行的交替分段显-隐格式.证明了格式的线性绝对稳定性.对1个孤立波解、2个孤立波解的情况分别进行了数值试验.数值结果显示,交替分段显-隐格式稳定,有较高的精确度. 展开更多
关键词 Koaeweg-de Vfies方程 本性并行 交替分段显-差分格式 线性绝对稳定
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等离子体的交替方向隐式时域有限差分方法 被引量:3
7
作者 刘少斌 莫锦军 袁乃昌 《红外与毫米波学报》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2004年第5期363-366,共4页
首次把交替方向隐式时域有限差分法 (ADI FDTD)推广到色散介质———无碰撞非磁化等离子体中 ,计算了非磁化等离子体与电磁波的相互作用 ,使用ADI技术给出了无碰撞等离子体介质中的ADI FDTD迭代公式 .并解析地证明了等离子体ADI FDTD算... 首次把交替方向隐式时域有限差分法 (ADI FDTD)推广到色散介质———无碰撞非磁化等离子体中 ,计算了非磁化等离子体与电磁波的相互作用 ,使用ADI技术给出了无碰撞等离子体介质中的ADI FDTD迭代公式 .并解析地证明了等离子体ADI FDTD算法也是无条件稳定的 .数值计算表明 ,等离子体ADI FDTD算法与传统的FDTD的计算结果吻合 ,计算效率更高 . 展开更多
关键词 ADI-FDTD 磁化等离子体 交替方向时域有限差分 无条件稳定 色散介质 迭代公 时域有限差分方法 算法 电磁波
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二维变系数非齐次抛物型方程的紧交替方向差分格式 被引量:2
8
作者 马明书 王晓峰 马文娟 《河南科技大学学报(自然科学版)》 CAS 2008年第3期88-90,98,共4页
研究了二维变系数非齐次抛物型方程的紧交替方向隐式差分格式,首先运用算子方法导出了紧差分格式,给出了差分格式的截断误差,接着讨论了差分格式的稳定性和收敛性,最后给出了数值例子,数值结果和理论分析是吻合的。
关键词 抛物型方程紧差分格式 交替方向方法 稳定性和收敛性
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三维抛物型方程的紧交替方向差分格式 被引量:3
9
作者 陈贞忠 马小霞 《河南科技大学学报(自然科学版)》 CAS 北大核心 2011年第3期79-84,113,共6页
对三维抛物型方程构造了一个高精度恒稳定的紧交替方向差分格式,格式的截断误差阶为O(τ2+h4)。然后,将Richardson外推法应用于所构造的格式,得到了具有O(τ3+h6)阶精度的近似解。
关键词 抛物型偏微分方程 交替方向差分格式 绝对稳定 截断误差 高精度
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交替方向隐格式稳定性和收敛性的改进 被引量:4
10
作者 程爱杰 《应用数学和力学》 CSCD 北大核心 1999年第1期71-78,共8页
交替方向隐格式是数值求解高维抛物型方程的主要方法之一,考虑二维变系数抛物型方程ut-xa(x,y,t)ux-yb(x,y,t)uy=f本文研究两个著名的交替方向隐式差分格式———P_R格式和Dou... 交替方向隐格式是数值求解高维抛物型方程的主要方法之一,考虑二维变系数抛物型方程ut-xa(x,y,t)ux-yb(x,y,t)uy=f本文研究两个著名的交替方向隐式差分格式———P_R格式和Douglas格式的稳定性和收敛性,对常系数情形(即函数a和b均为常数),文献已证明了按离散L2范数的绝对稳定性和二阶收敛性,结论是完善的,但所用Fourier分析方法不能推及一般变系数问题·文献采用了能量方法研究P_R格式的稳定性和收敛性,但由于目的是L2估计以及使用了“L2范数与H1半范数等价”,所得到的L2稳定性和收敛性结论是很不完善的·本文采用H1能量估计方法,证明了格式按离散H1范数是稳定的,并且收敛阶为O(Δt2+h2)。 展开更多
关键词 抛物型方程 稳定性 交替方向格式 收敛性
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一种降低交替方向隐式时域有限差分数值色散的方法
11
作者 赵安兴 黄斌科 +1 位作者 蒋延生 汪文秉 《西安交通大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2008年第2期209-212,247,共5页
针对交替方向隐式时域有限差分方法(ADI-FDTD)数值色散严重的缺点,提出了一种低数值色散的各向同性ADI-FDTD方法.该方法在ADI-FDTD方法的差分近似微分中引入各向同性差分模板,并通过确定各向同性差分的加权系数来近似实现各向同性,然后... 针对交替方向隐式时域有限差分方法(ADI-FDTD)数值色散严重的缺点,提出了一种低数值色散的各向同性ADI-FDTD方法.该方法在ADI-FDTD方法的差分近似微分中引入各向同性差分模板,并通过确定各向同性差分的加权系数来近似实现各向同性,然后人为修正空间的介质参数来减少各个方向上的数值色散误差,因此在模拟一定带宽的时域问题时可有效提高计算精度和计算效率.仿真结果表明,该方法在单频上可近似实现无数值色散误差,在所优化的频带附近其数值色散误差是ADI-FDTD方法的1%. 展开更多
关键词 各向同性差分 数值色散误差 交替方向
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一个解3维抛物型方程的对称形式的交替方向隐格式
12
作者 马明书 谷淑敏 朱霖霖 《河南师范大学学报(自然科学版)》 CAS CSCD 北大核心 2007年第2期174-176,共3页
构造了一个解3维抛物型方程的交替方向隐式格式,格式绝对稳定,截断误差为O(Δt2+Δx4).
关键词 3维抛物型方程 交替方向格式 截断误差 稳定性
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交替方向隐式时域有限差分法中的Berenger理想匹配层 被引量:1
13
作者 王林年 褚庆昕 梁昌洪 《西安电子科技大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2006年第3期458-461,共4页
提出一种新方案,用于离散Berenger场分裂形式Maxwell方程,将理想匹配层吸收边界条件由通常的时域有限差分法推广到交替方向隐式时域有限差分法.和已有的离散方案比较,采用文中提出的离散方案可使理想匹配层吸收边界的反射误差成数量级... 提出一种新方案,用于离散Berenger场分裂形式Maxwell方程,将理想匹配层吸收边界条件由通常的时域有限差分法推广到交替方向隐式时域有限差分法.和已有的离散方案比较,采用文中提出的离散方案可使理想匹配层吸收边界的反射误差成数量级地减小. 展开更多
关键词 交替方向方法 时域有限差分 理想匹配层
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3维交替方向隐式时域有限差分算法及其应用 被引量:1
14
作者 高林 谢国大 +2 位作者 黄志祥 许杰 吴先良 《安徽大学学报(自然科学版)》 CAS 北大核心 2020年第4期52-59,共8页
为了克服在传统时域有限差分算法中时间步长受网格尺寸大小的限制,提出一种用于精确模拟波在色散金属结构传播的3维交替方向隐式时域有限差分算法.首先,利用广义关键点色散模型描述金属材料在光学频率下的电磁特性;然后,采用2个1阶微分... 为了克服在传统时域有限差分算法中时间步长受网格尺寸大小的限制,提出一种用于精确模拟波在色散金属结构传播的3维交替方向隐式时域有限差分算法.首先,利用广义关键点色散模型描述金属材料在光学频率下的电磁特性;然后,采用2个1阶微分方程代替2阶广义辅助微分方程的方法,避免时间步长引起的不稳定,降低算法的复杂度和应用难度;最后,用交替方向隐式时域有限差分算法研究1维等离子体模型和3维金属谐振腔结构,将交替方向隐式时域有限差分算法的结果与传统时域有限差分算法进行对比.结果表明二者吻合较好,但交替方向隐式时域有限差分算法的效率更高. 展开更多
关键词 时域有限差分 交替方向时域有限差分 金属结构 关键点模型 辅助微分方程
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二维半线性抛物方程的一类线性化交替方向隐格式
15
作者 张磊 王同科 《天津师范大学学报(自然科学版)》 CAS 北大核心 2009年第4期14-18,共5页
针对二维半线性抛物型方程初边值问题提出了一类形式非常简单的线性化二层Peaceman-Rachford交替方向差分格式,利用离散能量方法证明了格式在空间和时间方向按照离散L2范数均具有二阶精度.数值例子验证了格式的有效性.
关键词 二维半线性抛物方程 P-R交替方向差分格式 收敛性分析
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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
16
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 交替方向方法 稳定性
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无条件稳定的交替方向隐式FDTD算法 被引量:4
17
作者 刘波 高本庆 +1 位作者 薛正辉 胡沥 《电波科学学报》 EI CSCD 2002年第5期437-440,461,共5页
介绍了一种新的FDTD算法———交替方向隐式时域有限差分法 (ADI FDTD)。该方法采用求解微分方程的交替方向隐格式改造了FDTD算法 ,使其能无条件稳定 ,从而极大地节约计算时间 ,成为一种计算时域电磁场分布的高效算法。同时 ,首次尝试利... 介绍了一种新的FDTD算法———交替方向隐式时域有限差分法 (ADI FDTD)。该方法采用求解微分方程的交替方向隐格式改造了FDTD算法 ,使其能无条件稳定 ,从而极大地节约计算时间 ,成为一种计算时域电磁场分布的高效算法。同时 ,首次尝试利用ADI FDTD方法结合时域近远场变换技术计算天线方向图。数值实验的结果和传统FDTD方法及理论值进行了对比 ,数值结果一致性较好 ,并节约了运算所占用的资源 ,提高了计算效率。 展开更多
关键词 交替方向时域有限差分 ADI-FDTD FDTD 近远场交换 方向
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求解Poisson方程改进的交替方向隐式迭代格式
18
作者 葛志昊 刘富豪 《工程数学学报》 CSCD 北大核心 2020年第1期67-74,共8页
本文以Poisson方程为例,在不对节点进行重新排列的前提下,通过求解较低维数的矩阵方程,对交替方向隐式迭代格式进行了改进,降低了程序实现难度.以Gauss消去法为例,对改进的交替方向隐式迭代格式的计算量进行估计,发现改进的交替方向隐... 本文以Poisson方程为例,在不对节点进行重新排列的前提下,通过求解较低维数的矩阵方程,对交替方向隐式迭代格式进行了改进,降低了程序实现难度.以Gauss消去法为例,对改进的交替方向隐式迭代格式的计算量进行估计,发现改进的交替方向隐式迭代格式大大减少了计算量,并进一步证明了改进的交替方向隐式迭代格式与经典的交替方向隐式迭代格式的等价性.数值算例验证了改进的交替方向隐式迭代格式与经典的交替方向隐式迭代格式的等价性和改进的交替方向隐式迭代格式在计算量等方面的优越性. 展开更多
关键词 POISSON方程 交替方向迭代格式 矩阵方程
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解抛物型方程的一族高精度隐式差分格式 被引量:8
19
作者 詹涌强 张传林 《应用数学和力学》 CSCD 北大核心 2014年第7期790-797,共8页
构造了求解一维抛物型方程的一族高精度隐式差分格式.首先,推导了抛物型方程解的一阶偏导数在特殊节点处的一个差分近似式,利用该差分近似式和二阶中心差商近似式用待定系数法构造了一族隐式差分格式,通过选取适当的参数使格式具有高阶... 构造了求解一维抛物型方程的一族高精度隐式差分格式.首先,推导了抛物型方程解的一阶偏导数在特殊节点处的一个差分近似式,利用该差分近似式和二阶中心差商近似式用待定系数法构造了一族隐式差分格式,通过选取适当的参数使格式具有高阶截断误差;然后,利用Fourier分析法证明了当r大于1/6时,差分格式是稳定的.最后,通过数值试验将差分格式的解与具有同样精度的其它差分格式的解和精确解进行了比较,并比较了差分格式与经典差分格式的计算效率.结果说明了差分格式的有效性. 展开更多
关键词 一维抛物型方程 差分格式 截断误差
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解二维抛物型方程初边值问题的交替方向隐式方法 被引量:3
20
作者 周维奎 李华 +4 位作者 卢玉蓉 张培德 冯思臣 何永富 周洁 《成都理工学院学报》 CSCD 2000年第2期212-216,共5页
详细地研究了各种情形的求解二维抛物型方程初边值问题的交替方向隐式差分法。这种方法可以将二维隐式方法归结为求解三对角线性方程组。与一维情况类似 ,可以继续利用追赶法求解。它具有运算速度快 ,存储量小 ,无条件稳定等优点。该方... 详细地研究了各种情形的求解二维抛物型方程初边值问题的交替方向隐式差分法。这种方法可以将二维隐式方法归结为求解三对角线性方程组。与一维情况类似 ,可以继续利用追赶法求解。它具有运算速度快 ,存储量小 ,无条件稳定等优点。该方法是求解二维抛物型方程的有效方法 。 展开更多
关键词 ADI格式 抛物型方程 初边值 交替方向
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