×

高维非线性波动方程基于局部一维方法的高阶紧致差分格式。 (英语) Zbl 1520.65055号

摘要:本文利用局部一维(LOD)方法和二阶导数的四阶紧致差分近似公式,分别建立了求解二维(2D)和三维(3D)变系数非线性波动方程的两种紧致差分解格式。首先,推导了求解二维非线性波动方程的四步四阶紧致格式。用离散傅里叶方法分析了求解线性方程的方案2的稳定性,表明它是条件稳定的。然后,将该方法推广到求解三维非线性波动方程,并分析了线性方程的稳定性条件。最后,通过数值实验验证了所提方案的准确性和稳定性。

MSC公司:

65升05 常微分方程初值问题的数值方法
6500万06 含偏微分方程初值和初边值问题的有限差分方法
65号06 含偏微分方程边值问题的有限差分方法
35升05 波动方程
35问题35 与流体力学相关的PDE
PDF格式BibTeX公司 XML格式引用
全文: DOI程序

参考文献:

[1] Robertsson,J.、Blanch,J.,Nihei,K.、Tromp,J.:地震波传播的数值模拟。勘探地球物理学家协会(2012)
[2] Moczo,P.,Kritek,J.,Galis,M.:地震运动的有限差分模型:波浪和破裂。剑桥大学出版社。地质杂志(2014)·Zbl 1317.86001号
[3] 李,L。;Tan,J。;Zhang,D.,FD波3D:使用有限差分法计算三维各向异性波动方程的MATLAB解算器。地质科学。,25, 1565-1578 (2021) ·Zbl 1473.86004号 ·文件编号:10.1007/s10596-021-10060-3
[4] 王,Z。;李,J。;王,B。;Xu,Y。;Chen,X.,声波方程的一种新的高谱分辨率中心紧致有限差分格式,J.Compute。物理。,366, 191-206 (2018) ·Zbl 1406.65066号 ·doi:10.1016/j.jcp.2018.03.030
[5] Abdulkadir,Y.,《基于色散的波动方程有限差分格式的比较》,J.Appl。数学。物理。,3, 1544-1562 (2015) ·doi:10.4236/jamp.2015.311179
[6] Liao,W。;永,P。;Dastour,H。;Huang,J.,二维非均匀介质中声波传播的高效准确数值模拟,应用。数学。计算。,321, 385-400 (2018) ·Zbl 1426.76475号
[7] Liao,W.,关于三维声波方程的紧致高阶有限差分格式的色散、稳定性和精度,J.Compute。申请。数学。,270, 571-583 (2014) ·Zbl 1321.65134号 ·doi:10.1016/j.cam.2013.08.024
[8] 费尔威瑟,B。;Kastner,R.,《时域有限差分色散缩减方案》,J.Compute。物理。,221, 422-438 (2007) ·Zbl 1129.78022号 ·doi:10.1016/j.jcp.2006.06.016
[9] Yang,D。;Wang,L.,一种有效抑制三维地震传播建模数值色散的分步算法,Bull。地震波。《美国社会》,1001470-1484(2010)·doi:10.1785/0120090200
[10] Yang,D。;Tong,P。;Deng,X.,一种求解标量波动方程的低数值色散中心差分方法,地球物理。前景。,60, 885-905 (2012) ·文件编号:10.1111/j.1365-2478.2011.01033.x
[11] 刘,Y。;Sen,M.,声波方程的一种新的时空域高阶有限差分方法,J.Compute。物理。,228, 8779-8806 (2009) ·Zbl 1176.65093号 ·doi:10.1016/j.jcp.2009.08.027
[12] Feo,F。;Jordan,J。;O.罗哈斯。;奥特罗,B。;Rodriguez,R.,声波方程的新模拟方案,J.Compute。申请。数学。,295, 2-12 (2016) ·Zbl 1329.76242号 ·doi:10.1016/j.cam.2015.09.037
[13] Jiwari,R。;潘迪特,S。;Mittal,R.,用微分求积法数值模拟二维正弦Gordon孤子,计算。物理学。社区。,183, 600-616 (2012) ·Zbl 1264.65173号 ·doi:10.1016/j.cpc.2011.12.004
[14] Torbertsson,K.、Stiernström,V.、Mattsson,K.和Dunham,E.:多孔弹性固体中地震序列的有限差分方法。计算。地质科学。22, 1351-1370 (2018) ·Zbl 1406.86018号
[15] Sheen,D。;Tuncay,K。;巴格,C。;Ortoleva,P.,二维多孔弹性波传播的速度-应力交错网格有限差分法的并行实现,计算。地质科学。,32, 1182-1191 (2006) ·doi:10.1016/j.cageo.2005.11.001
[16] 李,D。;Sun,W.,非线性波动方程的线性隐式和高阶能量守恒格式,J.Sci。计算。,83, 65 (2020) ·Zbl 1442.65220号 ·doi:10.1007/s10915-020-01245-6
[17] Bratsos,A.,二维sine-Gordon方程的修正预测校正方案,《数值算法》,43,295-308(2006)·Zbl 1112.65077号 ·doi:10.1007/s11075-006-9061-3
[18] 刘,C。;Wu,X.,基于算子谱理论的高维非线性Klein-Gordon方程的任意高阶时间步进格式,J.Compute。物理。,340, 243-275 (2017) ·Zbl 1380.65205号 ·doi:10.1016/j.jcp.2017.03.038
[19] Su,L.,用近似特解的局部化方法求解二维非线性sine-Gordon方程,《工程分析》。边界元素。,108, 95-107 (2019) ·Zbl 1464.65110号 ·doi:10.1016/j.enganabound.2019.08.018
[20] Hou,B。;Liang,D.,二维非线性波动方程的保能时间高阶AVF紧致有限差分格式,Appl。数字。数学。,170, 298-320 (2021) ·Zbl 1501.65037号 ·doi:10.1016/j.apnum.2021.07.026
[21] 崔,M.,广义sine-Gordon方程的高阶紧致交替方向隐式方法,J.Compute。申请。数学。,235, 837-849 (2010) ·Zbl 1208.65126号 ·doi:10.1016/j.cam.2010.07.016
[22] 邓,D。;Liang,D.,求解二维非线性波动方程的时间四阶紧致ADI方法,应用。数学。计算。,329, 188-209 (2018) ·Zbl 1427.65157号
[23] 邓,D.,求解非线性粘性和非粘性波动方程的统一紧致ADI方法,Chin。《物理学杂志》。,56, 2897-2915 (2018) ·Zbl 07822203号 ·doi:10.1016/j.cjph.2018.09.025
[24] 邓,D。;Zhang,C.,一类非线性波动方程的新四阶数值算法,应用。数字。数学。,62, 1864-1879 (2012) ·Zbl 1254.65090号 ·doi:10.1016/j.apnum.2012.07.004
[25] Peaceman,D。;Rachford,H.,抛物型和椭圆型微分方程的数值解,J.Soc.Ind.Appl。数学。,3, 28-41 (1955) ·Zbl 0067.35801号 ·数字对象标识代码:10.1137/0103003
[26] 邓,D。;Zhang,C.,非线性阻尼波动方程的一类新的四阶解,计算。物理学。社区。,184, 86-101 (2013) ·Zbl 1306.65241号 ·doi:10.1016/j.cpc.2012.08.019
[27] Li,K.,Liao,W.,Lin,Y.:变系数三维声波方程的一种紧致高阶交替方向隐式方法。J.计算。申请。数学。361, 113-129 (2019) ·Zbl 1422.65161号
[28] 张,W。;Tong,L。;Chung,E.,波动方程的一种新的高精度局部一维格式,J.Compute。申请。数学。,236, 1343-4353 (2011) ·Zbl 1269.65081号 ·doi:10.1016/j.cam.2011.08.022
[29] 张,W。;Jiang,J.,三维波动方程的一类新的四阶局部一维格式,J.Compute。申请。数学。,322, 130-147 (2017) ·兹比尔1356.65218 ·doi:10.1016/j.cam.2016.07.020
[30] Yun,N。;Sun,C。;Sim,C.,解二维声波方程的最佳近似解析分裂法,J.Appl。地球物理学。,177 (2020) ·doi:10.1016/j.japgeo.2020.104029
[31] 西姆·C。;Sun,C。;Yun,N.,基于局部一维技术的近似解析辛分区Runge-Kutta方法,用于求解二维声波方程,Geophys。前景。,68, 1253-1269 (2020) ·数字对象标识代码:10.1111/1365-2478.12924
[32] Zhang,W.,三维弹性波动方程的一类新的四阶局部一维格式,J.Compute。申请。数学。,348, 246-260 (2018) ·Zbl 1408.65059号 ·doi:10.1016/j.cam.2018.08.056
[33] Dehghan,M。;Shokri,A.,使用配点函数和径向基函数求解一维非线性sine-Gordon方程的数值方法,偏微分方程数值方法,24,687-698(2008)·Zbl 1135.65380号 ·doi:10.1002/num.20289
[34] Hirsh,R.,《用紧致差分技术求解流体力学问题的高阶精确差分解》,J.Compute。物理。,19, 90-109 (1975) ·Zbl 0326.76024号 ·doi:10.1016/0021-9991(75)90118-7
[35] Samarskii,A.,任意区域中多维双曲方程的局部一维差分格式,USSR Compute。数学。数学。物理。,4, 21-35 (1964) ·Zbl 0273.65080号 ·doi:10.1016/0041-5553(64)90002-3
[36] Yang,D.,大型线性系统的迭代解(1991),纽约:学术出版社,纽约
[37] Hoop,A.,解决地震脉冲问题的Cagniards方法的修正,应用。科学。研究,8349-356(1960)·兹比尔0100.44208 ·doi:10.1007/BF02920068
[38] Zhang,G.,非线性四阶波动方程的两个保守和线性隐式紧致差分格式,应用。数学。计算。,401 (2021) ·Zbl 1508.65113号
[39] Deng,D.,Wu,Q.:二维非线性耦合波方程的四阶显式Richardson外推方法的误差估计。计算。申请。数学。41, 3 (2022) ·Zbl 1499.65385号
[40] Hashemi,M.:用新的几何无网格方法对一维耦合非线性sine-Gordon方程进行数值研究。计算机工程37,3397-3407(2021)
此参考列表基于出版商或数字数学图书馆提供的信息。其项与zbMATH标识符进行启发式匹配,可能包含数据转换错误。在某些情况下,zbMATH Open的数据对这些数据进行了补充/增强。这试图尽可能准确地反映原始论文中列出的参考文献,而不要求完整或完全匹配。