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基于Freefem++的有限元数值计算在计算物理中的应用
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  • 英文篇名:Application of Freefem++ in the Finite Element Mumerical Calculation of Computational Physics Teaching
  • 作者:钟振
  • 英文作者:ZHONG Zhen;School of Physics and Electronic Science,Guizhou Normal University;
  • 关键词:计算物理 ; 有限元 ; 弱解形式 ; 极坐标 ; Freefem++
  • 英文关键词:Computational physics;;finite element;;variational equation;;polar coordinates;;Freefem++
  • 中文刊名:ASSZ
  • 英文刊名:Journal of Anshun University
  • 机构:贵州师范大学物理与电子科学学院;
  • 出版日期:2019-06-15
  • 出版单位:安顺学院学报
  • 年:2019
  • 期:v.21;No.105
  • 基金:国家自然科学基金项目“基于高分辨率重力地形数据的火星和月球物理参数反演研究(项目编号:41864001);; 武汉大学测绘遥感信息工程国家重点实验室开放基金项目“基于高分辨率GRAIL重力场模型和LOLA激光测高数据的月球物理参数反演研究”(项目编号:17P03);; 贵州师范大学博士科研项目
  • 语种:中文;
  • 页:ASSZ201903026
  • 页数:4
  • CN:03
  • ISSN:52-1145/G4
  • 分类号:123-126
摘要
有限元软件Freefem++以语句简洁,容易上手而著称,非常适合于教学和科研。该软件仅提供直角坐标系的梯度和法方向程序单元,没有极坐标系的,不利用极坐标系物理问题的处理。针对该问题,文章导出了直角坐标系与极坐标系中梯度与法方向的转换关系,成功地应用于1/4圆域的泊松方程中,并设计了基于Freefem++的有限元程序。结果表明,除坐标原点外,数值计算结果与解析解表现出良好的一致性和稳定性,验证了文章中推导的极坐标系梯度和法方向公式的合理性。
        The programing sentence of Freefem++is characterized as concise,making the finite element software easy to be used for teaching and scientific research.Its disadvantage also exists for its no supplying gradient and normal programing elements in polar coordinate system,but merely Cartesian system.This drawback makes the software impossible to deal with physical problems in polar coordinate system.In order to tackle the problem,we derived the relation of gradient and normal direction between the two coordinate systems.We applied the transformation to Poisson equation in 1/4 circle domain,and scripted the program in the format of Freefem++.Results indicate that the numerical result of estimated function is consistent with the analytical solution,except those around the coordinate origin.The errors between the numerical results and analytical solutions show a good stability,implying the reasonableness of the deduced formulas.
引文
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