Numerische Näherungsverfahren Für Elliptische Randwertprobleme: Finite Elemente Und Randelemente

ISBN-13: 9783519004363 / Niemiecki / Miękka / 2003 / 363 str.

Olaf Steinbach

Opis

Fur die naherungsweise Losung von Randwertproblemen zweiter Ordnung wird eine einheitliche Theorie der Finiten Elemente Methode und der Randelementmethode prasentiert. Neben der Stabilitats- und Fehleranalysis wird vor allem auf effiziente Losungsverfahren eingegangen. Fur die Diskretisierung der auftretenden
Randintegraloperatoren werden schnelle Randelementmethoden (Wavelets, Multipol, algebraische Techniken) mit der Darstellung durch partielle Integration verknupft. Durch die Kopplung von FEM und BEM mittels Gebietszerlegungsmethoden konnen gekoppelte Randwertprobleme in komplexen Strukturen behandelt werden. Numerische Beispiele illustrieren die theoretischen Aussagen.
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Spis treści

1 Randwertprobleme.- 1.1 Potentialgleichung.- 1.2 Lineare Elastostatik.- 1.2.1 Ebene Elastizitätstheorie.- 1.2.2 Inkompressibles Materialverhalten.- 1.3 Stokes—System.- 2 Funktionenräume.- 2.1 Die Räume Ck (?), Ck,?(?) und Lp(?).- 2.2 Verallgemeinerte Ableitungen und Sobolev—Räume.- 2.3 Eigenschaften von Sobolev—Räumen.- 2.4 Distributionen und Sobolev—Räume.- 2.5 Sobolev—Räume auf Mannigfaltigkeiten.- 3 Variationsmethoden.- 3.1 Operatorgleichungen.- 3.2 Elliptische Operatoren.- 3.3 Operatoren und Stabilitätsbedingungen.- 3.4 Gleichungen mit Nebenbedingungen.- 3.5 Sattelpunktprobleme.- 4 Variationsformulierungen von Randwertproblemen.- 4.1 Potentialgleichung.- 4.1.1 Dirichlet—Randwertproblem.- 4.1.2 Dirichlet—Problem und Sattelpunkt—Formulierung.- 4.1.3 Neumann—Randwertproblem.- 4.1.4 Gemischte Randbedingungen.- 4.1.5 Robin—Randbedingungen.- 4.2 Lineare Elastostatik.- 4.2.1 Dirichlet—Randwertproblem.- 4.2.2 Neumann—Randwertproblem.- 4.2.3 Gemischte Randbedingungen.- 4.3 Stokes—Problem.- 5 Fundamentallösungen partieller Differentialoperatoren.- 5.1 Laplace—Operator.- 5.2 Lineare Elastostatik.- 5.3 Stokes—Problem.- 6 Randintegraloperatoren.- 6.1 Newton—Potential.- 6.2 Einfachschichtpotential.- 6.3 Adjungiertes Doppelschichtpotential.- 6.4 Doppelschichtpotential.- 6.5 Hypersingulärer Integraloperator.- 6.6 Eigenschaften der Randintegraloperatoren.- 6.6.1 Elliptizität des Einfachschichtpotentials.- 6.6.2 Elliptizität des hypersingulären Integraloperators.- 6.6.3 Steklov—Poincaré—Operator.- 6.6.4 Kontraktionseigenschaft des Doppelschichtpotentials.- 6.6.5 Abbildungseigenschaften.- 6.7 Lineare Elastostatik.- 6.8 Stokes—System.- 7 Randintegralgleichungen.- 7.1 Dirichlet—Randwertproblem.- 7.2 Neumann—Randwertproblem.- 7.3 Gemischte Randbedingungen.- 7.4 Robin—Randbedingungen.- 7.5 Randwertprobleme im Außenraum.- 8 Näherungsmethoden für Variationsprobleme.- 8.1 Galerkin-Bubnov—Verfahren.- 8.2 Approximation der Linearform.- 8.3 Approximation des Operators.- 8.4 Galerkin—Petrov—Verfahren.- 8.5 Sattelpunktprobleme.- 9 Finite Elemente.- 9.1 Referenzelemente.- 9.2 Formfunktionen.- 9.3 Ansatzräume.- 9.4 Quasi—Interpolationsoperatoren.- 10 Randelemente.- 10.1 Referenzelemente.- 10.2 Ansatzräume.- 11 Finite Element Methoden.- 11.1 Dirichlet—Randwertproblem.- 11.2 Neumann—Randwertproblem.- 11.3 FEM mit Lagrange—Multiplikatoren.- 12 Randelementmethoden.- 12.1 Dirichlet—Randwertproblem.- 12.2 Neumann—Randwertproblem.- 12.3 Gemischte Randbedingungen.- 12.4 Robin—Randbedingungen.- 13 Vorkonditionierte Iterationsverfahren.- 13.1 Das Verfahren konjugierter Gradienten.- 13.2 Eine allgemeine Vorkonditionierungsstrategie.- 13.2.1 Eine Anwendung bei Randelementmethoden.- 13.2.2 Eine Multilevel—Vorkonditionierung in der FEM.- 13.3 Lösungsverfahren für Sattelpunktprobleme.- 14 Schnelle Randelementmethoden.- 14.1 Hierarchische Cluster—Methoden.- 14.2 Approximation der Steifigkeitsmatrix.- 14.2.1 Darstellung mit Taylor—Reihen.- 14.2.2 Reihendarstellung der Fundamentallösung.- 14.2.3 Adaptive Cross—Approximation.- 14.3 Wavelets.- 15 Gebietszerlegungsmethoden.- Literatur.

O autorze

Priv.-Doz. Dr. Olaf Steinbach, Universität Stuttgart

Blurb

In diesem Lehrbuch wird für die näherungsweise Lösung von elliptischen Randwertproblemen zweiter Ordnung eine einheitliche Theorie der Finiten Element Methode und der Randelementmethode präsentiert. Neben der Lösbarkeits-, Stabilitäts- und Fehleranalysis wird auch auf effiziente Verfahren zur Lösung der resultierenden
linearen Gleichungssysteme eingegangen. Anwendungen sind die Potentialgleichung, das System der linearen Elastostatik und das Stokes-System.