使用拉格朗日乘数解决纯 Neumann 问题执行 BC

计算科学 有限元
2021-12-03 17:35:45

我想用有限元法用纯 Neumann BC 求解拉普拉斯方程:

Δu=f  Ω

u/n=g  Γ=Ω

弱配方

Ωvu=Ωv f+Ωv g.

为了获得唯一的解决方案,我遵循拉格朗日乘数方法,强制执行类型的约束

Ωv dx=0.

然后将获得以下线性系统

(ABTB0)(Uλ)=(F0)

在哪里A对应于 LHS(刚度矩阵),F到 RHS(负载矢量),U解向量和λ到拉格朗日乘数,它可以从得到的解向量中丢弃。

根据本宗拉尔森在《有限元方法》一书中(第 95 页)的说法,

拉格朗日乘数λ可以被认为是一种强制执行约束的力量。因为零均值uh是一个约束,它不会改变潜在诺依曼问题的解决方案,力应该消失,或者至少非常小。

我想知道这个值应该有多小,以及如何基于此分析模拟结果(如果乘数太大,结果是否有效?我应该根据从我的解决方案中获得的最小值进行比较吗?等等。 )。

谢谢

1个回答

小是相对的。我在这里举了几个例子来解释必须在方程中其他术语的上下文中看到“小”。例如,您的方程描述的施加在膜上的总力是Ω|f(x)|dx, 总边界力为Ω|g(x)|dx. 拉格朗日乘数λ与这些力量相比应该很小。