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Stabilized seventh-order dissipative compact scheme using simultaneous approximation terms
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作者 Jiaxian QIN Yaming CHEN Xiaogang DENG 《Applied Mathematics and Mechanics(English Edition)》 SCIE EI CSCD 2019年第6期823-836,共14页
To ensure time stability of a seventh-order dissipative compact finite difference scheme, fourth-order boundary closures are used near domain boundaries previously. However, this would reduce the global convergence ra... To ensure time stability of a seventh-order dissipative compact finite difference scheme, fourth-order boundary closures are used near domain boundaries previously. However, this would reduce the global convergence rate to fifth-order only. In this paper, we elevate the boundary closures to sixth-order to achieve seventh-order global accuracy. To keep the improved scheme time stable, the simultaneous approximation terms (SATs) are used to impose boundary conditions weakly. Eigenvalue analysis shows that the improved scheme is time stable. Numerical experiments for linear advection equations and one-dimensional Euler equations are implemented to validate the new scheme. 展开更多
关键词 HIGH-ORDER SCHEME compact SCHEME time stability simultaneous approximation term (sat)
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双相介质波动方程系数矩阵对称化及其SBP-SAT差分模拟
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作者 孙铖 刘泰玉 +2 位作者 蒋关希曦 张剑伟 杨在林 《振动与冲击》 北大核心 2025年第16期108-118,共11页
波动方程系数矩阵对称化是整合不同类别波动方程、降低波传播模拟难度的有效方法,目前已成功应用于声波方程、各向同性与各向异性介质弹性波动方程。该研究将推导出双项介质波动方程的系数矩阵对称式;随后,引入多轴完全匹配层,采用迎风... 波动方程系数矩阵对称化是整合不同类别波动方程、降低波传播模拟难度的有效方法,目前已成功应用于声波方程、各向同性与各向异性介质弹性波动方程。该研究将推导出双项介质波动方程的系数矩阵对称式;随后,引入多轴完全匹配层,采用迎风格式分部求和-一致逼近项(summation by parts-simultaneous approximation terms,SBP-SAT)有限差分方法离散波动方程,并通过能量法进行稳定性评估。通过数值仿真,表明所提出的离散框架具有整合度高,稳定性好和拓展性强等特点。此外,该方法可以稳定模拟曲线域中的波传播并降低其实现成本,表明了波动方程系数矩阵对称化方法及其离散框架在波传播模拟领域具有广泛的应用前景。 展开更多
关键词 双相介质波动方程 系数矩阵对称式 分部求和-一致逼近项(SBP-sat) 有限差分方法 能量法
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SBP-SAT方法及其在波动领域的应用 被引量:4
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作者 杨在林 孙铖 +1 位作者 蒋关希曦 杨勇 《振动与冲击》 EI CSCD 北大核心 2020年第12期150-157,共8页
基于分部求和(Summation By Parts)方法和同时逼近项(Simultaneous Approximation Terms)技术建立的有限差分方法,具有更高的精度和稳定性。同时在介质几何不连续、参数突变条件具有较大的优势。国内对SBP-SAT方法的相关研究目前较少,... 基于分部求和(Summation By Parts)方法和同时逼近项(Simultaneous Approximation Terms)技术建立的有限差分方法,具有更高的精度和稳定性。同时在介质几何不连续、参数突变条件具有较大的优势。国内对SBP-SAT方法的相关研究目前较少,论文对该方法的研究背景,方法发展过程进行了介绍并基于SBP-SAT方法和弹性波动理论,结合初边值条件,推导出曲线网格条件下的弹性波动SBP-SAT离散方程。最后,通过数值模拟实现地震波传播过程,介绍该方法在地震数值模拟领域中的应用价值和前景。 展开更多
关键词 SBP算子 有限差分法 边界条件 sat 高阶方法 能量法 稳定性
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完全匹配层在矩阵式波动方程SBP-SAT方法应用 被引量:1
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作者 孙铖 杨在林 +1 位作者 蒋关希曦 刘泰玉 《振动与冲击》 EI CSCD 北大核心 2024年第13期53-60,共8页
数值离散方法和截断边界效果是地震动模拟实现的关键。基于分部求和(summation-by-parts,SBP)和一致逼近(simultaneous approximation term,SAT)的SBP-SAT方法具有较高的稳定性,这使得该方法具备了较高的应用前景和价值。此外,完全匹配... 数值离散方法和截断边界效果是地震动模拟实现的关键。基于分部求和(summation-by-parts,SBP)和一致逼近(simultaneous approximation term,SAT)的SBP-SAT方法具有较高的稳定性,这使得该方法具备了较高的应用前景和价值。此外,完全匹配层(perfect matching layer,PML)是一种应用广泛用于模拟截断边界的技术,但引入匹配层可能会破坏原始方程的稳定性,特别是在各向异性介质或曲线域模型中。首先基于数理推导,给出弹性波动方程系数矩阵的对称形式。在此基础上,引入多轴完全匹配层(multi-axis perfect matching layer,MPML),并建立相应的匹配层方程。通过本征值分析,我们可以判断阻尼函数对原方程特征根实部的走向和取值范围的影响。然后,我们采用SBP-SAT方法对矩阵对称形式匹配层方程进行离散,并在频域中采用能量法进行稳定性评估。通过对不同模型的数值仿真,表明所提出的离散框架具有整合度高、稳定性好和拓展性强等特点。此外,多轴匹配层可以与SBP-SAT方法结合,可以稳定地模拟曲线域中的波传播。 展开更多
关键词 弹性波动方程 对称矩阵形式 高阶有限差分方法 分部求和-一致逼近(SBP-sat) 多轴完全匹配层(MPML) 稳定性
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Analysis of the SBP-SAT Stabilization for Finite Element Methods Part Ⅱ:Entropy Stability 被引量:1
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作者 R.Abgrall J.Nordström +1 位作者 P.Öffner S.Tokareva 《Communications on Applied Mathematics and Computation》 2023年第2期573-595,共23页
In the hyperbolic research community,there exists the strong belief that a continuous Galerkin scheme is notoriously unstable and additional stabilization terms have to be added to guarantee stability.In the first par... In the hyperbolic research community,there exists the strong belief that a continuous Galerkin scheme is notoriously unstable and additional stabilization terms have to be added to guarantee stability.In the first part of the series[6],the application of simultaneous approximation terms for linear problems is investigated where the boundary conditions are imposed weakly.By applying this technique,the authors demonstrate that a pure continu-ous Galerkin scheme is indeed linearly stable if the boundary conditions are imposed in the correct way.In this work,we extend this investigation to the nonlinear case and focus on entropy conservation.By switching to entropy variables,we provide an estimation of the boundary operators also for nonlinear problems,that guarantee conservation.In numerical simulations,we verify our theoretical analysis. 展开更多
关键词 Continuous Galerkin Entropy stability simultaneous approximation terms Initial-boundary value problem Hyperbolic conservation laws
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Stabilized seventh-order dissipative compact scheme for two-dimensional Euler equations 被引量:1
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作者 Jia-Xian Qin Ya-Ming Chen Xiao-Gang Deng 《Chinese Physics B》 SCIE EI CAS CSCD 2019年第10期408-416,共9页
We derive in this paper a time stable seventh-order dissipative compact finite difference scheme with simultaneous approximation terms(SATs) for solving two-dimensional Euler equations. To stabilize the scheme, the ch... We derive in this paper a time stable seventh-order dissipative compact finite difference scheme with simultaneous approximation terms(SATs) for solving two-dimensional Euler equations. To stabilize the scheme, the choice of penalty coefficients for SATs is studied in detail. It is demonstrated that the derived scheme is quite suitable for multi-block problems with different spacial steps. The implementation of the scheme for the case with curvilinear grids is also discussed.Numerical experiments show that the proposed scheme is stable and achieves the design seventh-order convergence rate. 展开更多
关键词 compact scheme time stability simultaneous approximation term interface treatment
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