偏微分方程 FEM 应用

计算科学 有限元 网格生成 微分方程 波传播 亥姆霍兹方程
2021-12-11 07:36:19

我有一个 PDE,它看起来像一维域上的亥姆霍兹波动方程。

d2u(x)dx2+π2u(x)=f(x)
在哪里<x<

还,f(x)=1为了0.25<x<0.25,我称这个区域为“内部区域”

f(x)=0别处

我使用吸收边界条件将计算域截断为1<x<1

我选择网格尺寸为λ/10 在 1 GHz。

最后我绘制了如下所示的答案。我如何测试它的真实性?为什么我观察到内部区域减少?

在此处输入图像描述

1个回答

的边界条件以及解的对称性,很容易写出精确的解析解:u(x)=0x=±1

u(x)=asin(πx) , 对于 x [1/4,1]

u(x)=asin(πx),对于 x [-1,-1/4]

u(x)=1/π2+bcos(πx),对于 x [-1/4,1/4]

x=1/4 处函数导数的匹配条件产生,x=1/4 处函数值的匹配条件产生,所以我们找到在最大点 x=1/2, u(1/2)=a 0.07 这在视觉上与图相匹配;在最小点 x=0, u(0)= 0.03 视觉上匹配情节; 可以将代码中的数值与解析解进行比较,进行更详细的比较。b=aa2/2=b2/2+1/π2a=1/(2π2)b=1/(2π2)(1/π2+b)