- •Численные методы
- •Часть 3
- •Содержание
- •Введение
- •Классификация методов взвешенных невязок
- •Частные случаи метода взвешенных невязок
- •Метод моментов
- •Метод коллокаций
- •Метод подобластей
- •Метод наименьших квадратов
- •Метод конечных разностей
- •Расширение понятия функции
- •Пространство основных функций
- •Обобщенные функции
- •Дифференцирование обобщенных функций
- •Сходимость метода взвешенных невязок Основные понятия и определения
- •Обобщенное решение дифференциального уравнения
- •Сходимость метода конечных элементов
- •Контрольные вопросы и задания
- •Аппроксимация функций
- •Функции одной переменной
- •Кусочно-постоянные функции
- •Кусочно-линейные функции
- •Функции высших степеней
- •Иерархические многочлены
- •Функции двух переменных Треугольные конечные элементы. Линейная аппроксимация
- •Квадратичная аппроксимация
- •Четырехугольные конечные элементы
- •Функции трех переменных
- •Контрольные вопросы и задания
- •Задачи теплопроводности
- •Уравнение стационарной теплопроводности
- •Аппроксимация решения кусочно-линейными функциями
- •Процедура ансамблирования конечных элементов
- •Аппроксимация решения кусочно-квадратичными функциями
- •Использование иерархических многочленов
- •Уравнение нестационарной теплопроводности
- •Контрольные вопросы и задания
- •ЗадачИ механики деформируемого твердого тела Постановка задачи
- •Разрешающие соотношения метода взвешенных невязок Уравнение равновесия
- •Физические уравнения
- •Геометрические уравнения
- •Ансамблирование конечных элементов
- •Плоско-деформированное состояние
- •4 Узел 3 узел 3 узел
- •1 Элемент
- •2 Элемент
- •Плоско-напряженное состояние
- •Осесимметричное напряженно-деформированное состояние
- •Решение задач упругопластичности
- •Метод переменных параметров упругости
- •Метод дополнительных нагрузок
- •Контрольные вопросы и задания
- •ЗадачИ механики жидкости
- •Уравнения движения в переменных «функция тока – вихрь скорости»
- •Граничные условия
- •Граничные условия для функции тока
- •Граничные условия для функции завихренности
- •Соотношения метода взвешенных невязок
- •Разрешающие соотношения для функции тока
- •Разрешающие соотношения для функции завихренности
- •Разрешающие соотношения для поля давления
- •Алгоритм решения задачи
- •Контрольные вопросы и задания
- •Метод граничных элементов
- •Фундаментальное решение
- •Построение фундаментального решения
- •Контрольные вопросы и задания
- •Предметный указатель
- •Библиографический список
- •Приложение Бояршинов Михаил Геннадьевич Численные методы
- •Часть 3
Библиографический список
-
Бреббия К., Теллес Ж., Вроубел Л. Методы граничных элементов. – М.: Мир, 1987. – 524 с.
-
Бреббия К., Уокер С. Применение метода граничных элементов в технике. – М.: Мир, 1982. – 248 с.
-
Вулих Б. З. Введение в функциональный анализ. – М.: Наука, 1967. – 416 с.
-
Зенкевич О., Морган К. Конечные элементы и аппроксимация. – М.: Мир, 1986. – 318 с.
-
Калиткин Н. Н. Численные методы. – М.: Наука. Главная редакция физико-математической литературы, 1978. – 512 с.
-
Канторович Л. В., Акилов Г.П. Функциональный анализ. – М.: Наука, 1977. – 742 с.
-
Колмогоров А. Н., Фомин С.В. Элементы теории функций и функционального анализа. – М.: Наука, 1981. – 544 с.
-
Коннор Дж. Бреббия К. Метод конечных элементов в механике жидкости. – Л.: Судостроение, 1979. – 264 с.
-
Корн Г., Корн Т. Справочник по математике для научных работников и инженеров. – М.: Наука, 1977. – 832 с.
-
Лойцянский Л. Г. Механика жидкости и газа. – М.: Наука, 1978. – 736 с.
-
Победря Б. Е. Лекции по тензорному анализу. – М.: Изд-во Моск. ун-та, 1986. – 264 с.
-
Победря Б. Е. Численные методы в теории упругости и пластичности. – М.: Изд-во Моск. Ун-та, 1981. – 344 с.
-
Рекач В. Г. Руководство к решению задач по теории упругости. – М.: Высшая школа, 1977. – 216 с.
-
Роуч П. Вычислительная гидродинамика. – М.: Мир, 1980. – 616 с.
-
Сегерлинд Л. Применение метода конечных элементов. – М.: Мир, 1979. – 392 с.
-
Тарунин Е. Л. Вычислительный эксперимент в задачах свободной конвекции. – Иркутск: Изд-во Иркут. ун-та, 1990. – 228 с.
-
Тимошенко С. П., Гудьер Дж. Теория упругости. – М.: Наука, 1979. – 560 с.
-
Треногин В. А. Функциональный анализ. – М.: Наука, 1980. – 496 с.
-
Флетчер К. Численные методы на основе метода Галеркина. – М.: Мир, 1988. – 352 с.
Приложение Бояршинов Михаил Геннадьевич Численные методы
Часть 3
Учебное пособие
Лит. и техн. редактор
Корректор
Лицензия ЛР № 020370 от 29.01.97
Подписано к печати 10.06.2001. Формат 60 90 / 16
Печать офсетная. Набор компьютерный. Усл. печ. л.
Уч.-изд. л. Тираж 200. Заказ
Редакционно-издательский отдел и ротапринт
Пермского государственного технического университета
Адрес: 614600, Пермь, Комсомольский пр., 29а
1 Зенкевич Ольгерд Сесил, [р. 18.05.1921] – английский ученый-механик, один из авторов метода конечных элементов (1967). В 1943 году защитил диссертацию на степень бакалавра в Имперском колледже, на степень доктора философии (PhD) – в 1945 году, получил степень доктора наук (DSc) Лондонского университета в 1965 году. Преподаватель Эдинбургского университета (1949-57), профессор структурной и гражданской техники Северо-западного университета штата Иллинойс (1957-61), заведующий кафедрой гражданского строительства университета Уэльса (1961-88), почетный профессор с 1988 года по настоящее время. Почетный доктор наук университетов Лиссабона (1972), Шотландии (1987), Вены (1993).
2 Бреббиа Карлос Альберто [р. 13.12.1948] – английский ученый-механик, один из основоположников метода граничных элементов. В 1972 году защитил диссертацию на степень доктора философии (PhD) в Саутгемптонском университете, с 1994 года – почетный доктор наук Бухаресткого университета. Преподаватель Саутгемптонского университета (1970-75), профессор Принстонского университета (1975-79), профессор Калифорнийского университета (1979-81), с 1981 года по настоящее время – директор технологического института в Уэссексе.
1 Такой метод построения решения условно называется внутренним
1 Грин Джордж [14.7.1793 – 31.3.1841] – английский математик и физик. Самостоятельно изучал математику и лишь в 1837 году окончил Кембриджский университет. Ввел понятие и термин потенциал, развил теорию электричества и магнетизма. Выполнил работу по исследованию отражения и преломления света в кристаллических средах, в которой вывел основные уравнения теории упругости.
1 Полученное соотношение называют слабой формулировкой исходной задачи
2 В этом случае полученное выражение носит название обратной формулировки задачи
3 Лаплас Пьер Симон [23.3.1749 – 5.3.1827] – французский астроном, математик, физик. Учился в школе бенедиктинцев, откуда вышел убежденным атеистом. В 1766 году приехал в Париж, где Ж. Д’Аламбер помог ему получить место профессора Военной школы. Участвовал в реорганизации системы высшего образования во Франции, в создании Нормальной и Политехнической школ. В 1790 году был назначен председателем Палаты мер и весов, руководил введением метрической системы мер. В 1785 году избран членом Парижской академии наук, в 1802 году – почетным членом Петербургской академии наук, в 1816 – членом Французской академии. Научное наследие относится к области небесной механике, математики и математической физики. Выполнены фундаментальные исследования дифференциальных уравнений, интегрированию дифференциальных уравнений в частных производных. В теории вероятностей развил теорию ошибок и способ наименьших квадратов, позволяющие находить наиболее вероятные значения измеренных величин и и степень достоверности этих расчетов.
1 Такие функции называются финитными.
1 Равномерность сходимости по различным k не предполагается.
2 Дирак Поль Адриен Морис [8.8.1902 – 20.9.1984] – английский физик-теоретик, один из основателей квантовой механики. В 1932 году избран членом Лондонского королевского общества, в 1931 – иностранным членом АН СССР и ряда других зарубежных академий и научных обществ. В 1932 году стал профессором Кембриджского университета. В 1933 году ему присуждена Нобелевской премии. Основные труды в математике по функциональному анализу и математической физике (уравнение Дирака, функция Дирака, статистика Ферми-Дирака).
1 Хевисайд Оливер [18.5.1850 – 3.2.1925] – английский физик и инженер. В 1891 году избран членом Лондонского королевского общества. Разработал метод символического (операционного) исчисления для решения сложных математических задач механики, электротехники, автоматики. Одновременно с Дж. Гиббсом объединил векторные представления У. Гамильтона и Г. Грассмана в векторное исчисление в его современном виде. Ввел термин орт и название набла для оператора Гамильтона , предложил обозначать векторы жирными символами.
1 Рисс Фридьеш [22.1.1880 – 28.2.1956] – венгерский математик. Учился в Цюрихе (1897-1899), Будапеште (1899-1901), Геттингене и Париже (1903-1904). В 1916 году стал членом Венгерской академии наук. Профессор университетов в Клуже (1912-1919), Сегеде (1920-1945), Будапеште (с 1946). Основные труды опубликовал по функциональному анализу. Изучал векторные пространства, исследовал системы линейных уравнений с бесконечным числом неизвестных, один из основателей теории топологических пространств.
Теорема Ф. Рисса [18]: пусть H – гильбертово пространство. Для любого линейного ограниченного функционала f, заданного повсюду на H, существует единственный элемент такой, что , при этом .
1 Лежандр Адриен Мари [18.9.1752 – 10.1.1883] – французский математик. Обосновал и развил теория геодезических измерений, первым открыл и применил в вычислениях метод наименьших квадратов. Доказал приводимость эллиптических интегралов к каноническим формам, нашел их разложения в ряды, составил таблицы их значений. В 1783 году стал членом Парижской академии наук.
1 Корректность постановки этой задачи обсуждается ниже
1 Гамильтон Уильям Роуан [4.8.1805 – 2.9.1865] – ирландский математик и астроном, член Ирландской королевской академии наук. С 1827 года – профессор астрономии в Дублинском университете и директор университетской астрономической обсерватории. В 1833-35 годах опубликовал работу, в которой дал точное формальное изложении теории комплексных чисел. Построил числовую систему кватернионов, которая явилась одним из источников развития векторного исчисления. В механике предложил метод, названный принципом наименьшего действия. В 1837 году избран иностранным членом-корреспондентом Петербургской академии наук.
1 Гук Роберт [18.7.1635 – 3.3.1703] – английский ученый, один из основателей Лондонского королевского общества. С 1665 преподавал в Лондонском университете в должности профессора. Основные труды выполнены в области физики и астрономии. Начал разработку основ математической теории упругости.
2 Юнг Томас [1773 – 1829] – английский ученый, один из основоположников волновой теории света. Сформулировал принцип интерференции, высказал идею о поперечности световых волн. Объяснил аккомодацую глаза, разработал теорию цветового зрения. Ввел модуль упругости, названный его именем. Наибольший вклад внес в акустику, астрономию, расшифровку египетских иероглифов.
1 Согласно аксиоме статики, два тела взаимодействуют с силами, равными по величине и направленными в противоположные стороны.
1 А. А. Ильюшиным установлено, что закон малых упругопластических деформаций справедлив, по крайней мере, в тех случаях, когда процесс нагружения является простым. В частности, это имеет место, если внешние нагрузки изменяются пропорционально одному параметру. В этом случае для простого нагружения достаточно, чтобы i и i были связаны степенным соотношением вида .
1 Теорема Остроградского-Гаусса [2]: поток вектора через замкнутую поверхность Г равен интегралу от дивергенции по объему , ограниченному этой поверхностью, .
2 Остроградский Михаил Васильевич [24.9.1801 – 1.1.1862] – русский математик. С 1816 по 1820 год учился в Харьковском университете, с 1822 по 1828 год слушал лекции О. Коши, П. Лапласа, Ж. Фурье в Париже. В 1828 стал профессором офицерских классов Морского кадетского корпуса, с 1830 – профессором Института корпуса инженеров путей сообщения. В 1830 году избран в Петербургскую академию наук. Занимает должности профессора в Главном педагогическом институте (с 1832 года), Главном инженерном училище (с 1840 года), в Главном артиллерийском училище (с 1841 года). Один из основателей Петербургской математической школы. Основные труды относятся к математическому анализу, теоретической механике, теории чисел, алгебре, теории вероятностей.
1 Из выражений ( 5 .1) следует, что при аппроксимации функции тока линейными пробными функциями компоненты vx и vy вектора скорости оказываются постоянными в пределах конечного элемента.
1 Решение уравнения ( 6 .1) называется фундаментальным.