变系数Helmholtz方程迭代方法研究

来源 :宁夏大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:lvyuxuan3652008
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生活中的很多物理现象都可以用Helmholtz方程来刻画,例如时谐波的传播、水下声学、航空声学、电磁波散射等.近年来国内外学者采用有限元法、有限体积法、有限差分法等数值方法在Helmholtz方程的求解方面做了大量的研究.在实际生活中,由于某些物理属性的变化,或是在非均匀介质中时谐波的传播问题,需要求解变系数Helrnholtz方程.  本文首先对二维变系数Helmholtz方程做简单的变形,利用中心差分离散原方程得到二阶紧致差分格式,对二阶格式的截断误差项进行修正,从而得到求解原方程的四阶紧致差分格式,同时对局部Sommeffeld-type边界条件的四阶精度的差分格式进行逼近.其次将二维格式推广到三维,得到三维变系数Helmholtz方程的四阶紧致差分格式.最后利用GMRES(m)迭代法对带有Dirichlet边界问题和局部Sommeffeld-type边界问题进行数值验证,结果表明了格式的有效性和可行性,同时通过对直接法和GMRES(m)方法的计算时间比较,结果表明在三维问题的求解上,GMRES(m)算法有很大的优势.
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