有限元方法的数学基础书籍

计算科学 pde 有限元 参考请求
2021-12-05 17:55:19

在阅读了三本关于有限元方法的书籍后,其中两本还涉及有限体积和网格生成,当我不得不与使用高级数学语言的图书馆开发科学家讨论这些主题时,我发现自己迷失了方向(例如,它们通常包含与 Sobolev 和 Hilbert 空间的讨论)。

所以,我的问题是:除了基础和标准有限元书籍之外,还有哪些参考书值得推荐?

3个回答

我不得不不同意 Paul 的观点:泛函分析是一个美丽而优雅的主题,具有广泛的应用范围(但de gustibus ... :))。

但无论如何,您不需要了解很多(纯)泛函分析来理解有限元方法:范数向量空间、(强)收敛性、完整性、内积及其诱导范数、正交性、对偶空间和伴随运营商。除了最后两个,如果您已经了解一些多元分析和线性代数(以一些技术为模),那么这些主题应该已经很熟悉了。它们都在Kreyszig 的Introductory Functional Analysis(前四章)中得到了处理,这本书已经被推荐了(我觉得读起来非常愉快)。

但是除了抽象向量空间的行为之外,您还需要了解 Lebesgue 和 Sobolev 空间的行为,以及偏微分方程的(弱解)理论。(根据您之前的问题,我想说这正是您遇到的问题。)这些主题(有些人将其归类为(应用)功能分析)通常在我(作为数学家)将调用基本和标准有限元书籍:

这些大致按照数学抽象的顺序列出,应该足以与您正在与之交谈的科学家在同一页上。如果您想了解更多详细信息,则需要查看有关偏微分方程理论的书籍;标准参考将是(再次按抽象顺序)

事实上,Evans 的书的第 5 章和第 6 章以及附录 D 和 E 应该涵盖了有限元方法的(数学)理论所需的大部分理论背景。

对于更严谨的数学,我喜欢Atkinson 和 Han的“理论数值分析:功能分析框架”中的一些部分。

假设您已经具备偏微分方程和基本数值分析的背景,泛函分析有助于理解 FEM 理论。从个人经验来看,这是一个乏味的话题,并且很难真正自学地掌握。

话虽如此,我从诸如此类的书籍中获得了一些见解

理解和实现有限元方法

介绍性功能分析

工程师应用变分法

工程中的应用泛函分析和变分方法

每本书都以某种方式、形式或形式帮助我理解有限元方法背后的数学。但是,它们都没有真正为我提供“完美”或“完整”的理解。这绝不是一份详尽的“良好参考”清单,我也不认为有任何关于该主题的“规范书籍”。但至少,这些书对我有帮助,我希望它们也能对你有所帮助。