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本文主要讨论两个方面的内容:构造两类新的算法,求出薄膜障碍问题的离散解;以及对松弛法求解简单摩擦问题的收敛速度进行深入的研究。通过运用一些数学技巧和工程思想对这两种模型展开理论分析,获得了一些重要的结果,最后列举一些数值例子,证实了本文的想法。薄膜障碍问题是第一类椭圆型变分不等式的代表性模型。为了确定薄膜的位移函数u(x),本文提出了两类新的算法。一类算法的目的在于通过迭代找到障碍ψ(x)与薄膜u(x)接触的区域,在每一步迭代中需求解一个线性方程组。算法如下:解方程Au0=f,得到弹性膜的初始位置u0,则当n=0,1,2…,小参数ε>0时,有i)计算di(n)=uni-ψ(xi),i=1,…,N以及d(n)min=min1≤i≤Ndi(n)·ii)假如d(n)min≥0,则算法停止。否则Ω1(n)={Xi|d(n)min≤di(n)≤m(n)min+ε,0}iii)对于所有的i∈Ω1(n),替换矩阵A和荷载向量f为ai,i=1,ai,j=0,j≠i,fi=ψ(xi).iv)求解Aun+1=f.
最后给出几个数值例子,证明了算法的可行性。第二类算法以相应的补问题为对象,通过迭代构造一个单调序列,求出问题的离散解。算法如下:i)给定初始值u(0),满足不等式ui(0)≤ψi,(Ahu(0))i≤fi,i=1,2,...,Nii)当κ=0,1,2,…,时,对ui(k)≠φi的节点i,假设H1(k)={i|(Ahu(κ))i=fi}H2(k)={i|(Ahu(κ))i<fi}则uk+1为u(κ+1)={ui(k),ifi∈H1(k)(1-ωi(κ)ui(k)+ωi(κ)ψi,ifi∈H2(k)其中参数0<ωi(k)≤1ωi(k){1,ifui(k)=ψimin(1,fi-(Au(κ))i)/ai,i(ψi-ui(k))),ifui(k)<ψi并且证明了算法的收敛性,最后给出几个数值例子加以说明。本文的第二部分主要研究了第二类椭圆型变分不等式的特例—简单摩擦问题。为了得到问题的有限元离散解,应用常见的松弛法,在已有收敛性结果的基础上,利用一些数学技巧进一步研究了该法的收敛速度,得到下述定理:对于任意的u0∈RN,松弛法得到的序列(un)n收敛到原不等式的解u,并且收敛速度仅仅依赖于系数矩阵A。并给出一些数值例子证实了该想法。