• 無網格方法

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    無網格方法

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    在數值分析領域,無網格方法是指那些不需要模擬域的節點之間的連接,即網格,而是基于每個節點與所有相鄰節點的相互作用。因此,原有的廣泛屬性,如質量或動能,不再分配給網狀元素,而是分配給單個節點。無網格方法能夠模擬一些原本困難的問題類型,但要付出額外的計算時間和編程努力。沒有網格可以進行拉格朗日模擬,其中節點可以根據速度場移動。

    無網格方法的動機

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    諸如有限差分法、有限體積法有限元法數值方法最初是在數據點的網格上定義的。在這樣的網格中,每個點都有固定數量的預定鄰居,鄰居之間的連通性可以用來定義數學算子,如導數。然后,這些算子被用來構建模擬方程,如歐拉方程或納維-斯托克斯方程。但在模擬中,如果被模擬的材料可以移動(如計算流體力學)或材料可能發生大的變形(如模擬塑性材料),那么網格的連接性就很難在不給模擬帶來誤差的情況下保持。如果網格在模擬過程中變得糾結或退化,在其上定義的算子可能不再給出正確的值。網格可以在模擬過程中被重新創建(這個過程被稱為重塑),但這也會引入錯誤,因為所有現有的數據點必須被映射到新的不同的數據點上。無網格方法就是為了彌補這些問題。無網格方法也適用于從復雜的三維物體的幾何形狀創建一個有用的網格可能特別困難,或者需要人工協助。及其空間和時間導數,以有限差分的形式寫出被模擬的方程,然后用許多有限差分方法之一模擬該方程。

    內核函數

    在這個簡單的例子中,各步驟在所有網格上都是恒定的。)在所有網格上都是恒定的,而數據值的左右網格鄰居在,分別是。一般來說,在有限差分中,人們可以非常簡單地允許沿著網格的步驟變化,但是所有的原始節點都應該被保留下來,它們只能通過原始元素的變形而獨立移動。如果所有節點中哪怕只有兩個改變了順序,或者哪怕只有一個節點被加入或從模擬中移除,都會在原始網格中產生一個缺陷,簡單的有限差分近似就不能再成立。平滑粒子流體力學SPH)是最古老的無網格方法之一,它通過將數據點視為具有質量和密度的物理粒子來解決這個問題,這些粒子可以隨時間移動,并攜帶一些數值帶著一些值。

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    1. 無網格方法
    2. 無網格方法的動機

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