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自钟万勰院士1994年提出齐次线性自治动力系统的精细算法HPD以来,这一计算力学、工程应用与计算数学的学科交叉点迅速发展,已成为学术热点。本文基于已有的成果,与多辛算法相结合,将精细算法引向深入,开展了MKS PDE的MSHPD算法的系列性研究,并讨论了精细算法在时变齐次线性系统中的应用,得到了令人满意的结果。
本文的创新工作主要有以下几个方面:
(1)就MKS PDE讨论了多辛算法、精细算法及其复合算法,提出MSHPD算法。多辛算法的优点在于能保留物理规律,精细算法的优点则在于其能保留高精度的长效性,本文给出了求解MKS PDE的MSHPD算法的一般步骤,该算法兼具保留物理规律和高精度长效性的优点。算例表明:MSHPD算法的计算结果令人满意。
(2)将MSHPD算法应用于实际问题,集中讨论了MKdV方程和梁振动方程。在既保持物理规律又保持高精度长效性方面,数值结果令人满意。
(3)进一步将MSHPD算法应用于复系数时变系统,给出了复系数时变系统的MSHPD算法,数值结果令人满意。
(4)就两类特殊时变线性系统提出了HHPD-P齐次扩容精细算法,数值结果令人满意。
(5)就MSHPD算法中特殊传递矩阵,设计出一种初参数求逆算法,利用该算法可实现快速求逆。(见附录)
(6)建立计算方法与图模型的对应关系,尝试图模型在系统设计中的应用。以Duffing方程及其控制为例探讨如何通过建立图模型,由算法设计出相容的“数学模型”与更新计算方法。(见附录)
(7)建立常见的计算方法的图模型,通过图模型可直接判断算法的兼容稳定性。(见附录)
(8)以放弃物理规律为代价,设计出无逆计算的拟MSHPD算法,从而大大节约了计算量,但其高精度长效性损失却很小。