具有精确解的亥姆霍兹和双调和方程示例

计算科学 pde 有限元 参考请求 椭圆pde
2021-12-08 11:15:16

我正在寻找具有精确解的笛卡尔坐标中的亥姆霍兹和双调和方程的示例,以便将我的数值解与之进行比较。

我能够在互联网上找到相当多的示例,其中边界条件的问题被精确定义。不幸的是,这些只是说明性的例子,没有给出确切的解决方案。

我对制造解决方案感到鼓舞(比如在math.stackexchange.com上,我成功地做到了)。在那种情况下,我担心 PDE 专家所知道的一些有趣的例子不会被处理,比如无限级数给出的一些解决方案(当达到某种程度的准确度时,我会截断这些解决方案)。例如,Wikipeda 上关于椭圆 BVP 的文章很有趣。

任何特定示例或指向网页或论文的有用链接都将受到赞赏。

2个回答

查找Arthur Leissa所著的《板块振动》一书。它对方形和圆形板有明确的解决方案。包括具有不同边界条件的近似特征值的表格。

是否具有狄利克雷边界条件(ϕ=0)在墙上承认一个封闭的形式/精确的解决方案?也许是正弦曲线的张量积,例如ϕ(x,y,z)=sin(kxx)sin(kyy)sin(kzz). 挑选kx/ky/kz明智地实现狄利克雷条件,例如kx=nπ/a,ky=mπ/b,kz=pπ/c, 对于一些整数 (n,m,p)。将该解决方案插入divgrad运算符,然后得到的方程,divgradϕ=k2ϕ,应该给你的分离条件kx,ky,kz(大概kx2+ky2+kz2=k2)。

这是矢量波动方程/麦克斯韦方程(电磁学)的标准票价,我对标量 helmholtz 方程没有太多的了解,但我希望它的工作方式非常相似。对于电磁谐振器/VWE,我推荐 Balanis 的“高级工程电磁学”。标量亥姆霍兹方程可能有一个可比较的参考(也许是研究生水平的声学文本?),但我不知道它是什么。

我对双调和方程没有经验。