對有限元計算,無論是ansys、abaqus、msc還是comsol等,歸結為一句話就是解微分方程。而解方程要有定解,就一定要引入條件,這些附加條件稱為定解條件。定解條件的形式很多,只討論最常見的兩種——初始條件和邊界條件。
在說邊界條件之前,先談談初值問題和邊值問題。
初值和邊值問題:
對一般的微分方程,求其定解,必須引入條件,這個條件大概分兩類---初始條件和邊界條件,如果方程要求未知量y(x)及其導數y′(x)在自變量的同一點x=x0取給定的值,即y(x0)=y0, y′(x0)= y0′,則這種條件就稱為初始條件,由方程和初始條件構成的問題就稱為初值問題;
而在許多實際問題中,往往要求微分方程的解在在某個給定的區間a≤x≤b的端點滿足一定的條件,如y(a)=A,y(b)=B,則給出的在端點(邊界點)的值的條件,稱為邊界條件,微分方程和邊界條件構成數學模型就稱為邊值問題。
三類邊界條件:
邊值問題中的邊界條件的形式多種多樣,在端點處大體上可以寫成這樣的形式,Ay+By'=C,若B=0,A≠0,則稱為第一類邊界條件或狄裡克萊(Dirichlet)條件;B≠0,A=0,稱為第二類邊界條件或諾依曼(Neumann)條件;A≠0,B≠0則稱為第三類邊界條件或洛平(Robin)條件。
總體來說:
第一類邊界條件:給出未知函數在邊界上的數值;
第二類邊界條件:給出未知函數在邊界外法線的方向導數;
第三類邊界條件:給出未知函數在邊界上的函數值和外法嚮導數的線性組合。
對應於comsol,只有兩種邊界條件:
Dirichlet boundary(第一類邊界條件)—在端點,待求變量的值被指定。
Neumann boundary(第二類邊界條件)—待求變量邊界外法線的方向導數被指定。
再補充點初始條件:
初始條件,是指過程發生的初始狀態,也就是未知函數及其對時間的各階偏導數在初始時刻t=0的值.在有限元中,好多初始條件要預先給定的。不同的場方程對應不同的初始條件。
總之,為了確定泛定方程的解,就必須提供足夠的初始條件和邊界條件!
本文來源於新浪厚積薄發的博客(2009年),封面圖片來自於e-works網。
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