显式 FEM 和隐式 FEM 到底有什么区别?根据这里的帖子,似乎唯一的区别是是否使用隐式或显式时间积分。
正如我从我读过的一本书中记得的那样,隐式 FEM 是质量不集中到节点的地方。
显式和隐式 FEM 的确切定义是什么?
显式 FEM 和隐式 FEM 到底有什么区别?根据这里的帖子,似乎唯一的区别是是否使用隐式或显式时间积分。
正如我从我读过的一本书中记得的那样,隐式 FEM 是质量不集中到节点的地方。
显式和隐式 FEM 的确切定义是什么?
是的,这是时间整合,但这也意味着:
您必须在隐式方案中求解 Ax=b 类型的线性系统,而在显式方案中则不需要,因为集总质量矩阵只有对角线条目,因此 inv(M) 是微不足道的。
您在显式方案中的时间步受到 CFL 稳定性标准的限制。隐式方案是无条件稳定的(尽管在实践中你仍然需要一个合理的时间步来准确)
通常惯性效应很重要的问题(例如,波传播)通过显式方案来解决,而准静态问题通常使用隐式方案。但是也有例外。
瞬态问题的 FEM 方法通常使用线的方法,即将空间离散化与时间离散化解耦:
正如其他答案已经指出的那样,我们参考这些 ODE 的时间积分方案来谈论显式或隐式 FEM。
参考连续介质力学问题(没有阻尼),我们最终得到了一个类似 ODE 的系统
冒着过度简化的风险,让我们假设在一个显式方案中,您只需要解决
要完全回答您的问题:显式/隐式是指 ODE 系统的解决方案,而不是质量矩阵的性质。当然,显式方案的每个合理实现都需要对质量矩阵进行集总,否则该方法的优点将在解决方案中丢失. 相反,对于隐式方案,您可以同时拥有集中和一致的质量矩阵。
术语“显式”和“隐式”出现在时间离散化中,这些术语已经在有关常微分方程的文献中使用(即,它们并非特定于有限元方法)。值得一看的是一本讨论 ODE 数值解的书,例如 Hairer & Wanner。