广义特征值问题中的狄利克雷边界条件

计算科学 有限元 pde 特征值 本征系统
2021-12-13 22:11:29

让我们考虑一个形式的问题

(L+k2)u(x)=0,xΩ

具有狄利克雷边界条件

u(x)=0,xΩ.

我们使用例如有限元方法离散化这个问题,以获得以下广义特征值问题

[K]{U}=k2[M]{U}.

要施加边界条件,可以执行以下操作之一:

  1. 通过删除矩阵中与边界自由度相对应的行/列来减少系统[K][M].

  2. 两个矩阵的边界自由度的行/列值为零[K][M],并固定对角线值[K]到任何有限数。这种方法的问题是矩阵[M]失去它的正定性(如果是的话)并且特征求解器不喜欢这样。

  3. 两个矩阵的边界自由度的行/列值为零[K][M],并固定对角线值[M]到任何有限数。

对于特征值问题,我(几乎)只使用 1,而我使用其他方法(或等效方法)来求解线性方程组。

问题

  • 施加狄利克雷边界条件的最常用方法是什么?

  • 还有其他我没有提到的方法吗?

这个问题已经部分回答在这里

1个回答

如果u是光谱描述的,然后还有我在那个旧答案中提到的其他方法。如果没有,我不确定您是否还有其他选择。这是一个众所周知的问题,通常会导致虚假的特征值,有大量文献支持它(例如,参见此处)。其中大部分位于流体动力稳定性领域,这可能有助于指导您的搜索,或者至少可以确保您有良好的伙伴关系。

据我所见,如果可能的话,大多数人使用方法 1. 从你的问题中,尽管我更喜欢方法 2,因为它更通用。如果你热衷于保持正定性M,那么您也许可以修改选项 2. 以适应这一点:您可以将这些行限制为这样,而不是将您关心的所有边界值/行归零M仍然是PD,然后修改关联的行K成为满足您的边界条件所需的任何东西。我有些担心这可能只在光谱空间中才有可能,因为在那种情况下,所有的自由度u将与 BC 相关联(因此您有更多选择)。