在有限元法中计算范数和平方根项的雅可比

计算科学 有限元 雅可比
2021-12-21 07:35:43

在我的小组正在编写的代码 (Lethe) 中,我们使用一种稳定的方法来求解 Navier-Stokes 方程。我们使用的 GLS 稳定方法有一个稳定项,其中包含一个稳定参数,例如:

τ=[(2ρ|u|h)2+(4μγh2)]0.5

在哪里γ是一个常数,取决于元素的类型,ρ是密度,h是元素大小和μ是动态粘度。

这个稳定参数不依赖于流量变量,除了第一项包含速度的绝对值。我发现自己无法计算该术语的雅可比,所以现在我们为除该术语之外的所有内容组装一个分析雅可比。

无论如何要继续分析地建立这个术语的雅可比吗?据我了解u2术语可以直接处理,但我不确定如何计算平方根的 Frechet 导数。

1个回答

您可以分析得出雅可比行列式,只需几个步骤

所以假设我们有典型的 FE 字段值:

ui=jϕjuij

在哪里i表示坐标方向,ϕ我们的形状函数,和j自由度的索引。

从我们的稳定参数开始,假设您使用的是欧几里得范数:

τ=αu+β

定义一些函数以便于编写导数

g(u)=αf(u)+β
f(u)=u=ux2+uy2+uz2

所以现在稳定参数可以写成

τ=g(u)

我们的衍生品将采用以下形式

τui=g/ui2τ

所以我们找到g

gui=αfui

最后是f

fui=uiϕjf(u)

把它们放在一起:

τui=αuiϕj2τu

你可能想仔细检查我的数学,但它应该让你知道如何去做。