新型时空高精度稳定化有限元格式构造与分析

结题报告
项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    11761053
  • 项目类别:
    地区科学基金项目
  • 资助金额:
    36.5万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    A0501.算法基础理论与构造方法
  • 结题年份:
    2021
  • 批准年份:
    2017
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2018-01-01 至2021-12-31

项目摘要

The space-time high order stabilized finite element methods in Galerkin or Petro-Galerkin form, based on the techniques of combining the variational form in time and stabilized term in space, are studied. The discussed schemes include the forms which are continuous in both space and time, or discontinuous in time but continuous in space. This kind of approximate formulas not only has high order accuracy in both space and time directions, but also can control nonphysical oscillations. The new numerical schemes constructed here has some good properties, such as stability, efficiency, and high resolution. In this project, some new type of space-time stabilized finite element methods, such as space-time least square stabilized method, space-time local projection stabilized methods and so on, are proposed. The theoretical analysis, including the existence and uniqueness, prior error estimates, super convergence, posterior error estimates and so on, will be proved. And based on the theoretical results, the problems of how to choose the optimized stabilized parameter are studied. The numerical simulations of some classical model equations are given to illustrate the reliability and efficiency of the new schemes constructed in this projection. In the theoretical analyses and numerical simulations, interpolations at special points, Radau, Gauss or Lobatto points etc.,are introduced in time direction. The decoupling of the space and time variables is obtained by the technique of combining the interpolation and finite element method. The decoupling techniques overcomes the disadvantages of the space-time schemes, that is the dimension of the approximate solutions increases when the schemes are constructed by discretizing in both space and time variables simultaneously. The decoupling method not only simplify the theoretical analysis and algorithm, but also save computational cost, improve operability. The projection itself has important theoretical value and practical application prospect.
将时间变分离散和空间稳定化技巧相结合,构造时间和空间都连续,或时间允许间断而空间连续的Galerkin型和Petro-Galerkin型时空高精度稳定化有限元格式,此类格式不但同时具有时间和空间方向的高精度,而且能够控制非物理振荡,是一种新型稳定、有效、高分辨率数值方法。项目拟构造时空最小二乘、局部投影等新型时空高精度稳定化有限元方法,证明近似解的存在唯一性、先验误差、超收敛性和后验误差等,在此基础上研究时空区域上稳定化最优参数的选择,结合典型模型方程的数值模拟,验证所构造新型格式的可靠性和有效性。在理论分析和数值模拟中,时间方向引入Radau点、Gauss点或Lobatto点等特殊节点处的插值,和有限元方法相结合,实现时空变量的解耦,克服时、空方向都用有限元离散而增加近似解维数的不足,不但理论分析简单可行,而且简化算法,节省计算量,可操作性强。项目本身具有重要的理论价值和实际应用前景。

结项摘要

本项目主要构造并分析新型时空高精度稳定化有限元方法,同时研究其他相关稳定数值方法。在数值格式构造方面,将时间变分离散和空间稳定化技巧相结合,构造时间允许间断而空间连续的Galerkin型和Petro-Galerkin型时空有限元格式、局部投影稳定化时空有限元方法、流线扩散Petro-Galerkin稳定化时空元方法等;同时,针对不同方程类型构造了时间和空间都连续的时空Galerkin有限元法、H1-Galerkin时空混合有限元分裂格式、混合时空有限元方法、时间两网格方法、时空谱方法、有限体积元方法等多种数值格式;研究的方程包括电报方程、Sobolev方程、Sine-Gordon方程、正则长波Burgers方程、具有变系数的伪双曲方程、Cable方程、对流扩散方程、分数阶和分布阶方程等。证明了解的存在唯一性、稳定性、不同范数意义下的先验误差估计等。利用时间方向引入Radau点、Gauss点或Lobatto点等特殊节点处的插值的技巧,实现时空变量的解耦,克服时、空方向都用有限元离散而增加近似解维数的不足,使理论分析简单可行,并节省计算量。项目针对所构造的数值格式,给出典型模型方程的数值模拟,验证所构造新型格式的可靠性和有效性。. 项目执行期间,发表标注该基金资助的论文49篇,出版学术专著1部,培养博士毕业生4人,硕士毕业生9人。圆满完成了项目的研究目标。

项目成果

期刊论文数量(49)
专著数量(1)
科研奖励数量(2)
会议论文数量(0)
专利数量(0)
Fast second-order time two-mesh mixed finite element method for a nonlinear distributed-order sub-diffusion model
非线性分布阶次扩散模型的快速二阶时间双网格混合有限元方法
  • DOI:
    10.1007/s11075-020-01048-8
  • 发表时间:
    2021
  • 期刊:
    Numerical Algorithms
  • 影响因子:
    2.1
  • 作者:
    Cao Wen;Yang Liu;Baoli Yin;Hong Li;Jinfeng Wang
  • 通讯作者:
    Jinfeng Wang
Finite volume element method with the WSGD formula for nonlinear fractional mobile/immobile transport equations
使用 WSGD 公式求解非线性分数移动/不动输运方程的有限体积元方法
  • DOI:
    10.1186/s13662-020-02786-8
  • 发表时间:
    2020-07
  • 期刊:
    Advances in Difference Equations
  • 影响因子:
    4.1
  • 作者:
    Jie Zhao;Zhichao Fang;Hong Li;Yang Liu
  • 通讯作者:
    Yang Liu
The study of a continuous Galerkin method for Sobolev equation with space-time variable coefficients
时空变系数Sobolev方程的连续Galerkin法研究
  • DOI:
    10.1016/j.amc.2021.126021
  • 发表时间:
    2021
  • 期刊:
    Applied Mathematics and Computation
  • 影响因子:
    4
  • 作者:
    Zhao Zhihui;Li Hong;Wang Jing
  • 通讯作者:
    Wang Jing
Fast algorithm based on TT-M FE system for space fractional Allen–Cahn equations with smooth and non-smooth solutions
基于TT-M有限元系统的光滑和非光滑空间分数Allen-Cahn方程快速算法
  • DOI:
    10.1016/j.jcp.2018.12.004
  • 发表时间:
    2019
  • 期刊:
    Journal of Computational Physics
  • 影响因子:
    4.1
  • 作者:
    Baoli Yin;Yang Liu;Hong Li;Siriguleng He
  • 通讯作者:
    Siriguleng He
分布阶扩散—波动方程的有限元解的误差估计
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2021
  • 期刊:
    计算数学
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    高兴华;李宏;刘洋
  • 通讯作者:
    刘洋

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其他文献

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  • 发表时间:
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  • 期刊:
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  • 发表时间:
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  • 期刊:
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  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    丁玉真;高雨;李继凤;崔晓栋;刘娜;李宏;成敏;张晓芸
  • 通讯作者:
    张晓芸

其他文献

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AI项目解读示例

课题项目:调控A型流感病毒诱导IFN-β表达的机制研究

AI项目摘要:

本研究聚焦于TRIM2蛋白在A型流感病毒诱导的IFN-β表达中的调控机制。A型流感病毒是全球性健康问题,其感染可导致严重的呼吸道疾病。IFN-β作为关键的抗病毒因子,其表达水平对抗病毒防御至关重要。然而,TRIM2如何调控IFN-β的表达尚未明确。本研究假设TRIM2通过与病毒RNA或宿主因子相互作用,影响IFN-β的产生。我们将采用分子生物学、细胞生物学和免疫学方法,探索TRIM2与A型流感病毒诱导IFN-β表达的关系。预期结果将揭示TRIM2在抗病毒免疫反应中的作用,为开发新的抗病毒策略提供理论基础。该研究对理解宿主抗病毒机制具有重要科学意义,并可能对临床治疗流感病毒感染提供新的视角。

AI项目思路:

科学问题:TRIM2如何调控A型流感病毒诱导的IFN-β表达?
前期研究:已有研究表明TRIM2参与抗病毒反应,但其具体机制尚不明确。
研究创新点:本研究将深入探讨TRIM2在IFN-β表达中的直接作用机制。
技术路线:包括病毒学、分子生物学、细胞培养和免疫检测技术。
关键技术:TRIM2与病毒RNA的相互作用分析,IFN-β启动子活性检测。
实验模型:使用A型流感病毒感染的细胞模型进行研究。

AI技术路线图

        graph TD
          A[研究起始] --> B[文献回顾与假设提出]
          B --> C[实验设计与方法学准备]
          C --> D[A型流感病毒感染模型建立]
          D --> E[TRIM2与病毒RNA相互作用分析]
          E --> F[TRIM2对IFN-β启动子活性的影响]
          F --> G[IFN-β表达水平测定]
          G --> H[TRIM2功能丧失与获得研究]
          H --> I[数据收集与分析]
          I --> J[结果解释与科学验证]
          J --> K[研究结论与未来方向]
          K --> L[研究结束]
      
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