理论教育 土建类非均匀网格上的差分格式

土建类非均匀网格上的差分格式

时间:2023-10-26 理论教育 版权反馈
【摘要】:前面所讨论的差分格式是基于均匀网格基础上的,以下针对一般的二阶椭圆型微分方程,考虑如何建立它在非均匀网格上的差分格式。图1.6.2 非均匀网格设有非均匀网格如图1.6.2所示。采用待定系数法构造非均匀网格的差分格式。也可利用非均匀网格下的一阶和二阶差商来逼近导数。在图1.6.1中,采用下面的差商根据网格点所在的位置,选取上述不同的表达式代入微分方程,即得到在非均匀网格下的差分方程。

土建类非均匀网格上的差分格式

前面所讨论的差分格式是基于均匀网格基础上的,以下针对一般的二阶椭圆型微分方程,考虑如何建立它在非均匀网格上的差分格式。

考查如下的边值问题

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其中,D是具有边界Γ的有界区域;abcde均为xy的已知函数;axy),bxy),cxy),dxy),exy)和fxy)在D+Γ上连续,且axy)≥a0>0,bxy)≥b0>0,exy)≤0。

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图1.6.2 非均匀网格

设有非均匀网格

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如图1.6.2所示。采用待定系数法构造非均匀网格的差分格式。引入差分算子Lδhl,令

Lδlhu0=c0u0+c1u1+c2u2+c3u3+c4u4 (1.6.5)

其中,ui=uPi)(i=0,1,2,3,4),ci为待定常数。

由Taylor展开,有

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其中,(www.daowen.com)

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将式(1.6.6)~式(1.6.9)代入式(1.6.5),得

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为了使Lδlhu0)可作为Lu0)的逼近,与方程

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比较,令系数对应相等,此即所谓的待定系数法。于是

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解方程组,得到

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其中,p0=l2h2δ1δ2δ3δ4pa=-2h2δ2δ4pb=-2l2δ1δ3pc=-lh2δ2δ4δ3-δ1),pd=-l21δ3δ4-δ2)。将这些系数代入式(1.6.5)所得到的差分算子Lδlhu0)逼近微分算子Lu0),其截断误差为Ol+h)。

也可利用非均匀网格下的一阶和二阶差商来逼近导数。在图1.6.1中,采用下面的差商

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根据网格点所在的位置,选取上述不同的表达式代入微分方程,即得到在非均匀网格下的差分方程。

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