Trong bài này, phương pháp biến đổi miền được áp dụng để đưa bài toán xác định trên miên thay đổi theo thời gian) về bài toán xác định trên miền cố định. Phương trình đạo hàm riêng của bài toán dẫn xuất, vì thế, không còn có dạng đối xứng đơn giản như phương trình gốc. Tuy nhiên, vì miền cố định nên lưới phân tử hữu hạn chỉ cần chọn một lần cho tất cả; điều này cho phép tiết kiệm đáng kể thời gian tính toán so với phương pháp Lagrange – Euler tùy ý. Kết quả tính thu được trong bài này đã được s40 sánh (phù hợp) với kết quả tính bằng phương pháp Lagrange – Euler tùy ý của tác gia đấu và LT. Khuyến [5]. Về mặt định tính kết quả cũng cho thấy phù hợp với kết quả của Going tìm được dựa trên mô hình nước nông [3], cua A. Huerta và W.K. Liu [4] băng phương pháp Lagrange - Euler tùy ý. | Trường hợp bài toán với đáy di động có thể thiết lập hoàn toàn tương tự. Như đã biết hiện tượng sóng thần diễn ra trong tự nhiên thường là do đáy đại dương biến đổi đột ngột, do đó, việc đặt bài toán như vậy rất có ý nghĩa. Tất nhiên, việc mở rộng phương pháp ở đây nhằm mô phỏng số hiện tượng sóng thần đòi hỏi phải nghiên cứu thêm về anh hưởng của phép biến đối miến lên độ chính xác của phương pháp tính do một kích thước
11 trang |
Chia sẻ: yendt2356 | Lượt xem: 543 | Lượt tải: 0
Bạn đang xem nội dung tài liệu Lời giải một số bài toán sóng nước dùng phép biến đổi miền và phương pháp phần tử hữu hạn, để tải tài liệu về máy bạn click vào nút DOWNLOAD ở trên
TAÏP CHÍ PHAÙT TRIEÅN KH&CN, TAÄP 14, SOÁ T5 2011
Trang 5
LI GII S BÀI TOÁN SÓNG NƯC DÙNG PHÉP BIN ĐI MI N VÀ PHƯƠNG
PHÁP PHN T H
U HN
Trnh Anh Ngc, Huỳnh Thân Phúc
Trưng Đi hc Khoa hc T nhiên, ĐHQG-HCM
(Bài nhn ngày 21 tháng 03 năm 2011, hoàn chnh sa cha ngày 03 tháng 04 năm 2012)
TÓM TT: Trong bài này, phương pháp bin ñ
i min kt hp v
i phương pháp phn t hu
hn ñ gii s bài toán sóng nư
c. Mt thí d s ñưc trình bày ñ minh chng hiu qu ca phương
pháp.
T khóa : phương pháp phn t hu hn, gii s bài toán sóng nư
c.
M ĐU
Bài toán sóng nưc có nhiu ng d
ng quan
trng trong nhiu ngành k thut và trong ñi
sng. Vì th, vic mô hình hóa và gii s cho
bài toán này ñã và ñang ñưc quan tâm, nghiên
c u rng rãi. Đã có nhiu gii pháp ñưc ñ
ngh nhm gii quyt bài toán này. Có th k ra
ñây hai trong s các ñ ngh ñó:
- Phương pháp Lagrange-Euler tùy ý [1,2,4]).
- Phương pháp bin ñi min, min vt lý
ñưc ñưa v min tính toán c ñnh.
Trong [6], A. Pawell và các ñng s ñã dùng
phương pháp bin ñi min, áp d
ng phương
pháp sai phân hu hn và phương pháp s cho
phương trình vi phân ñ gii quyt bài toán
sóng mt t do. Trong bài báo này, cũng da
trên phương pháp bin ñi min, nhưng áp
d
ng phương pháp phn t hu hn và các
phương pháp Euler ñ gii s. Cũng cn nhn
mnh ñây, trong [6], các tác gi ch! bin ñi
ta ñ theo phương X, còn phương Y v"n gi
nguyên. Như vy, min c#a bài toán v"n b
thay ñi theo thi gian do s chuyn ñng c#a
mt t do. Trong bài này, chúng tôi bin ñi
min theo c hai phương X và Y.
PHƯƠNG PHÁP
Bài báo ñưc t ch c như sau
M
c 2 gii thiu mô hình bài toán, và cách
bin ñi bài toán v bài toán có min xác ñnh
c ñnh. M
c 3 trình bày lưc ñ tính toán, gii
bài toán bng phương pháp lp theo bưc thi
gian. $ m%i bưc lp, gii tun t hai bài toán:
(1) bài toán biên cho phương trình ño hàm
riêng cp 2 theo hai bin không gian (x, y); (2)
bài toán biên-giá tr ñu cho phương trình ño
hàm riêng phi tuyn cp 1 theo mt bin không
và thi gian (x, t). Tip theo, gii thiu phương
pháp ri rc hóa cho hai bài toán, bài toán (1)
dùng phương pháp phn t hu hn (phn t t
giác 4-nút), bài toán (2) dùng phương pháp
ñưng (line method) d"n v bài toán Cauchy
cho h phương trình vi phân vectơ cp 1, có th
gii bng các phương pháp s thông d
ng như
phương pháp Euler, phương pháp Euler ci
tin. M
c 4 cho mt thí d
s ñ minh ch ng
Science & Technology Development, Vol 14, No.T5 2011
Trang 6
tính hiu qu c#a phương pháp. Cui cùng là
kt lun và hưng phát trin.
KT QU
Bài toán
Thùng hình hp ch nht ch a ñy cht l&ng
(nưc), ñáy nm ngang, mt trên là mt thoáng,
các mt bên vuông góc vi ñáy. Mt mt bên
có th chuyn ñng tnh tin song song vi mt
ñi din. $ trng thái tĩnh khi cht l&ng có ñ
sâu h (Hình 1). Bài toán ñt ra là tìm chuyn
ñng c#a khi cht l&ng, ñc bit, chuyn ñng
c#a mt thoáng khi bit chuyn ñng c#a mt
bên.
Gi thit chuyn ñng c#a cht l&ng không
thay ñi theo phương Z. Mt bên chuyn ñng
theo phương OX, phương trình: ( )X a t= .
Mt thoáng có phương trình: ( , )Y X tη= .
Min vt lý c#a bài toán ti thi ñim t (Hình
2):
( ){ }, ( ) , ( , )t X Y a t X K h Y X tηΩ = ≤ ≤ − ≤ ≤
,
vi biên:
: ( ) ,b a t X K Y hΓ ≤ ≤ = − ;
: ( ) , ( , )f a t X K Y X tηΓ ≤ ≤ = ;
: ( ), ( ( ), )l X a t h Y a t tηΓ = − ≤ ≤ ;
: , ( , )r X K h Y K tηΓ = − ≤ ≤ .
Hình 1. Mô hình bài toán sóng nưc 2-chiu
Hình 2. Min vt lý
Phương trình ch ño
Gi thit: cht l&ng không nén ñưc, không
nht, không xoáy, nên tn ti hàm th vn tc
( , , )X Y tΦ = Φ . Phương trình không nén
ñưc cho phương trình xác ñnh hàm th:
0∆Φ = . (1)
Điu kin biên
Dùng gi thit không thm trên hai biên c ng
c ñnh ,b rΓ Γ và biên c ng di ñng lΓ vi
vn tc ( )( ),0a t&
,
ta có:
0
Y
∂Φ
=
∂
trên bΓ , (2)
0
X
∂Φ
=
∂
trên rΓ , (3)
TAÏP CHÍ PHAÙT TRIEÅN KH&CN, TAÄP 14, SOÁ T5 2011
Trang 7
( )a t
X
∂Φ
=
∂
&
trên lΓ . (4)
Trên mt thoáng fΓ s d
ng hai ñiu kin:
- Điu kin ñng hc liên quan ñn hình hc
c#a biên,
;
η η∂ ∂Φ ∂Φ ∂
= −
∂ ∂ ∂ ∂t Y X X
(5)
- Điu kin ñng lc hc mô t chuyn ñng
c#a mt thoáng, thu ñưc t( phương trình
Bernoulli,
2
( , ) 0,
2
η∇Φ∂Φ + + =
∂
g X t
t
(6)
Trong ñó g là gia tc trng trưng.
Như [6], ñưa vào hàm
( , ) ( , ( , ), )W X t X X t tη= Φ là hình chiu
c#a hàm th vn tc lên mt thoáng c#a cht
l&ng. T( (5), (6) ta thu ñưc:
2
1 ,η η η
∂ ∂ ∂ ∂Φ ∂
= − + + ∂ ∂ ∂ ∂ ∂
W
t X X Y X
(7)
2 2 21 1 1 .
2 2
η η
∂ ∂ ∂Φ ∂
= − + + − ∂ ∂ ∂ ∂
W W g
t X Y X
(8)
Như vy, ñiu kin biên c#a hàm Φ trên
fΓ có th ly là
WΦ = trên .Γ f (9)
Điu kin ñu
Lúc ñu cht l&ng ñ ng yên, nên ñiu kin
ñu cho hàm W:
( ,0) 0.=W X (10)
Mt thoáng nm ngang nên
( ,0) 0.η =X (11)
Bin ñi bài toán
Dùng phép bin ñi ta ñ
( , ) ( , )X Y x ya ,
( )
,( )
−
=
−
X a t
x
K a t
.( , )η
+
=
+
Y hy
X t h
(12)
Khi ñó, min tΩ
thành min c ñnh
[0,1] [0,1]Q = × . Các biên
, , ,b r f lΓ Γ Γ Γ ln lưt thành 1 2 3 4, , ,C C C C
c#a Q (Hình 3).
Hình 3. Phép bin ñi min
Ký hiu:
( , , ) ( , , ), ( , ) ( , ), ( , ) ( , )x y t X Y t wx t W X t s x t X tϕ η=Φ = =
Ma trn Jacobi c#a phép bin ñi:
1
( )11 12
1
21 22 [ ( , ) ][ ( )] ( , )
0
.
−
− ∂
+ − ∂ +
= =
K a t
y s
s x t h K a t x s x t h
G G
G
G G
(13)
Bin ñ
i phương trình và ñiu kin
Phương trình (1) thành
2 2 2
2 22 0.
ϕ ϕ ϕ ϕ∂ ∂ ∂ ∂
+ + + =
∂ ∂ ∂ ∂ ∂
A B C D
x x y y y
(14)
trong ñó
Science & Technology Development, Vol 14, No.T5 2011
Trang 8
2 2 2 21 21
11 11 21 21 22 11 21, , , .
∂ ∂
= = = + = +
∂ ∂
G GA G B G G C G G D G G
x y
(15)
Phương trình (7)-(8) thành:
2
2 2
1 1 2 2 1 1 1 1( ) (1 ) 1 ,
ϕ ∂ ∂ ∂ ∂ ∂ ∂
= − + + − ∂ ∂ ∂ ∂ ∂ ∂
&
s s s w s
a t x G G G G
t x y x x x
(16)
22 22 2
211 22
11 11( )(1 ) 1 .2 2
ϕ ∂ ∂ ∂ ∂ ∂
= − − + + − ∂ ∂ ∂ ∂ ∂
&
G Gw w w s
a t x G G gs
t x x y x
(17)
Điu kin biên:
( ,0, ) 0ϕ∂ =
∂
x t
y
trên 1C , (18)
11 21(1, , ) (1, , ) 0
ϕ ϕ∂ ∂
+ =
∂ ∂
G y t G y t
x y
trên 2C ,(19)
( ,1, ) ( , )ϕ =x t w x t trên 3C , (20)
11 21(0, , ) (0, , ) ( )
ϕ ϕ∂ ∂
+ =
∂ ∂
&G y t G y t a t
x y
trên 4C .(21)
Điu kin ñu:
( ,0) 0, ( ,0) 0w x s x= = . (22)
Phương pháp tính
Lưc ñ tính toán
Bài toán bin ñi ch a hai bài toán con:
(a) bài toán gm phương trình (14) vi ñiu
kin biên (18)-(21), và
(b) bài toán gm h phương trình (16)-(17)
vi ñiu kin ñu (22).
Vic gii ñng thi hai bài toán này gp rt
nhiu khó khăn do các h s c#a phương trình
ño hàm riêng (14) không phi là hng s mà
ph
thuc vào các d liu cho trưc
, , ( )K h a t và hàm ( , )s x t chưa bit. Cũng
vy, phương trình xác ñnh ( , )s x t có mt
hàm cn tìm ( , , )x y tϕ và mt d"n xut c#a
nó, ( , )w x t . Đ vưt qua khó khăn này ta
dùng phương pháp lp gii liên tip (a) và (b).
Phân hoch khong thi gian kho sát [0, ]T
thành N khong con 1[ , ]m mt t− , vi
0 1 2 10 N Nt t t t t T−= < < < < < =L .
Kh i ñu, bit
0 0( ) : ( ,0) 0, ( ) : ( ,0) 0w x w x s x s x= ≡ = ≡
Bưc th m ( 1m ≥ ), ñã bit
1 1 1 1( ) : ( , ), ( ) : ( , )m m m mw x w x t s x s x t− − − −= =
(*)
TAÏP CHÍ PHAÙT TRIEÅN KH&CN, TAÄP 14, SOÁ T5 2011
Trang 9
(1) Gii bài toán ( )ma
Tìm 1 1( , ) : ( , , )m mx y x y tϕ ϕ− −= nghim
bài toán (a), trong ñó các h s A, B, C, D trong
phương trình (14), các ñiu kin biên (18)-(21)
ñưc tính vi ( ), ( , )a t s x t ñưc thay bng
1 1( ), ( )m ma t s x− − .
(2) Gii bài toán ( )mb
Tìm ( , ), ( , )w x t s x t nghim bài toán (b)
trong min 1[0,1] [ , ]m mt t−× , vi ñiu kin
ñu
1 1 1 1( , ) ( ), ( , ) ( )m m m mw x t w x s x t s x− − − −= =
$ ñây các thành phn ma trn Jacobi,
11 22, ,G G yϕ∂ ∂ ñưc tính vi ( ), ( , )a t s x t
ñưc thay bng 1 1( ), ( )m ma t s x− − và ϕ ñưc
thay bng 1( , )m x yϕ − .
(3)Tính ( ): ( , ), ( ): ( , )m m m mw x w x t s x s x t= = .
Nu 1+ <m N tr li (1), ngưc li thì
d(ng.
Lưu ý, t( nay v sau khi thit lp các công
th c liên quan ñn các bài toán bên trong vòng
lp: các h s A, B, C, D, các ñiu kin biên
c#a bài toán ( )ma ; các thành phn ma trn
Jacobi, 11 22, ,G G yϕ∂ ∂ c#a bài toán ( )mb
s* ñưc tính theo các qui ñnh k trên dù v"n
gi nguyên ký hiu cũ.
Ri r c hóa bài toán ( )ma
Công thc bin phân na yu
Đưa vào không gian hàm
{ }1( ) ( ,1) 0V H Q xψ ψ= ∈ =
Ly Vψ ∈ tùy ý, tích vô hưng vi hai v
phương trình (14), ta ñưc sau mt s bin ñi
( ) ( ) ( )21 21
11Q Q Q
C G G
A dQ dQ G dQ
x x y y x y y x
ψ ψ ψψ ϕ ϕ ϕ ϕ ∂ ∂ ∂∂ ∂ ∂ ∂ ∂
− − − + ∂ ∂ ∂ ∂ ∂ ∂ ∂ ∂ ∫ ∫ ∫
1 1
11 11 210 0
0
( ) (0, ) 0
Q
y
D dQ a t G y dy G G dx
y x
ϕ ϕψ ψ ψ
=
∂ ∂
+ + − =
∂ ∂∫ ∫ ∫
& . (23)
Lưu ý ñn nhn xét v các h s A, B, C, D và các ñiu kin biên.
Gi 1( )H Qϕ ∈% là hàm th&a ñiu kin biên không thun nht trên 3, ( ,1, ) ( , )C x t w x tϕ =% . Đt
φ ϕ ϕ= − % thì Vφ ∈ th&a (rút ra t( phương trình (23))
( ) ( ) ( )21 21
11Q Q Q Q
G G C
A dQ G dQ dQ D dQ
x x x y y x y y y
ψ ψ ψψ φ φ φ φ φψ ∂ ∂ ∂∂ ∂ ∂ ∂ ∂ ∂+ + + − ∂ ∂ ∂ ∂ ∂ ∂ ∂ ∂ ∂ ∫ ∫ ∫ ∫
1 1 1
11 21 11 11 210 0 0
0 0
( ) (0, )
y y
G G dx a t G y dy G G dx F
x x
φ ϕψ ψ
= =
∂ ∂
+ = − +
∂ ∂∫ ∫ ∫
%
& , (24)
trong ñó
Science & Technology Development, Vol 14, No.T5 2011
Trang 10
( ) ( )21 21
11Q Q
G G
F A dQ G dQ
x x x y y x
ψ ψψ ϕ ϕ ϕ ∂ ∂∂ ∂ ∂ ∂
= − − + ∂ ∂ ∂ ∂ ∂ ∂ ∫ ∫
% % %
( )
Q Q
C
dQ D dQ
y y y
ψ ϕ ϕψ∂ ∂ ∂− +
∂ ∂ ∂∫ ∫
% %
.
Ký hiu v trái và v phi (24) ln
lưt là ( , )a φ ψ và ( )l ψ . Bài toán bin phân:
vi 0t > (c ñnh), tìm Vφ ∈ th&a
( , ) ( )a lφ ψ ψ= vi mi Vψ ∈ .
Công thc phn t hu hn
Dùng phn t 4Q t giác 4-nút. Trong phn
t e bt kỳ, xp x!
4
1
N de e e e ek k
k
Nφ φ
=
= =∑ ,
trong ñó 1 2 3 4[ , , , ]Ne e e e eN N N N= là ma
trn hàm dng, 1 2 3 4[ , , , ]de e e e e Tφ φ φ φ= là
vectơ chuyn dch phn t.
Các hàm 21, ,C D G cũng ñưc xp x! bng
cùng mt cách như hàm φ :
4 4 4
21
1 1 1
, ,
e e e e e e e e e
k k k k k k
k k k
C C N D D N G G N
= = =
= = =∑ ∑ ∑
trong ñó , ,e e ek k kC D G ln lưt là giá tr c#a
21, ,C D G ti nút th k c#a phn t e.
+ Ma trn ñ c ng phn t: [ ]k e eijk= ,
trong ñó
( )e ee ee ij je i
ij
e e
C NN NNk A dxdy dxdy
x x y y
∂∂ ∂∂
= +
∂ ∂ ∂ ∂∫ ∫
( ) ( )21 21
11
e e e ee e e
i ij j je e
i
e e
G N G NN N N
G dxdy D N dxdy
x y y x y
∂ ∂∂ ∂ ∂
+ + +
∂ ∂ ∂ ∂ ∂
∫ ∫ (25)
nu phn t không có cnh nm trên biên 1C . Nu có thì phi thêm vào t( liên quan ñn ñiu kin
biên,
1
11 210
0y
G G dx
x
ϕψ
=
∂
∂∫
%
.
Trong thc hành, vic thêm vào này ñưc
thc hin giai ñon áp ñt ñiu kin biên.
+ Vector ti phn t gm ba t(. T( liên quan
ñn hàm ϕ% ñưc tính vi ϕ% ñưc xp x! như
hàm ϕ ,
4
1
e e e
k k
k
Nϕ ϕ
=
= ∑% % .
Trong thc hành, ta chn hàm ϕ% ch! khác
không trong các phn t có mt cnh nm trên
3C nên
TAÏP CHÍ PHAÙT TRIEÅN KH&CN, TAÄP 14, SOÁ T5 2011
Trang 11
1
11 210
0y
G G dx
y
ϕψ
=
∂
=
∂∫
%
0,
T( liên quan ñn F có dng ging như
( , )a ϕ ψ% nhưng sai khác du tr( nên
1 2 3 4[ , , , ]p ke e Tϕ ϕ ϕ ϕ= − % % % %
T( còn li liên h ñn
1
11 0
( ) (0, )a t G y dyψ∫&
ch! ñưc thêm khi phn t có cnh nm trên
4C . Vic thêm vào này cũng ñưc thc hin
giai ñon áp ñt ñiu kin biên.
Sau khi l,p ghép ta nhn ñưc phương trình
phn t hu hn.
KD P= , (26)
trong ñó K, P, D ln lưt là ma trn ñ c ng,
vector ti và chuyn dch toàn c
c.
Ri r c hóa bài toán ( )mb
Khong thi gian 1[ , ]m mt t− . Chn các ñim
ix trên ñon [0,1] trùng vi các nút trên tr
c
x . Dùng phương pháp ñng v (collocation)
ri rc hóa theo bin không gian. Các phương
trình c#a bài toán ( )mb ri rc thành:
( )221 11 1 1 22 1 1 11 1 1( , ) ( )(1 ) ( ) ( , ) ( , ) ( , ) 1 ( ) ( , )i m i m i i m i m m is x t a t x G t s x t G x t x t G t s x tt y
ϕ
− − − − −
∂ ∂ = − Σ + + Σ
∂ ∂
&
2
11 1 1 1( ) ( , ) ( , )m i iG t w x t s x t−− Σ Σ , (27)
( )
2
211 1
1 11 1 1 1
( )( , ) ( )(1 ) ( ) ( , ) ( , )
2
m
i m i m i i
G tw
x t a t x G t w x t w x t
t
−
− −
∂
= − Σ − Σ
∂
&
( )
22
2222 1
1 11 1 1
( , ) ( , ) 1 ( ) ( , ) ( , )
2
i m
i m m i i
G x t
x t G t s x t gs x t
y
ϕ
−
− −
∂ + + Σ − ∂
, (28)
trong ñó 1Σ là toán t sai phân hu hn, xp
x! ña hàm cp mt theo bin x. Ngoài ra, khi
gii bài toán ( )ma , ta còn dùng ñn sai phân
hu hn ñ xp x! ño hàm cp hai, ký hiu
2Σ . Vi bưc thi gian chn ñ# bé phép xp
x! dùng ñây là chp nhn ñưc.
Điu kin ñu:
1 1( , ) ( ), ( , ) ( )i m b i i m b is x t s x w x t w x− −= =
(29)
trong ñó ( ), ( )b i b is x w x là giá tr ñu hoc giá
tr nhn ñưc t( bưc tính trưc.
Ký hiu:
1 2
1 2
( , ) ( , ) ( , )( ) ( , ) ( , ) ( , )
n
n
s x t s x t s x t
S t
w x t w x t w x t
=
L
L
trong ñó n là s nút trên ñon [0,1] . Bài
toán ri rc (27)-(28) vi ñiu kin ñu (29) có
th vit dưi dng vector:
( , )dS S t
dt
= Η , (30)
Science & Technology Development, Vol 14, No.T5 2011
Trang 12
1 2
1
1 2
( ) ( ) ( )( ) ( ) ( ) ( )
b b b n
m
b b b n
s x s x s x
S t
w x w x w x
−
=
L
L
(31)
trong ñó 1 2[ , ]H HΗ = vi 1 2,H H ln
lưt là v phi c#a (27), (28).
Bài toán (30)-(31) có th gii xp x! bng các
phương pháp s quen thuc như phương pháp
Euler, phương pháp Euler ci tin.
Áp dng s
Mt chương trình tính ñưc vit bng Matlab
ñ gii s bài toán vi d liu ñưc cho như
sau:
29.81 ( / )g m s= , 10 ( )K m= ,
2 ( )T s= ,
20.25 ( 0.5) 0 0.5( ) ( )
0.25
t t
a t s
− − < <
=
≥
neáu
neáu t 0.5
Th nghim cho thy chương trình tính toán
n ñnh vi bưc thi gian dt dưc chn ñ# bé
so vi dx, dy. Kt qu tính toán vi:
0.1 ( )dx dy m= = , 0.05 ( )dt s= , ñưc
cho trên hình 4. Ta thy có s di chuyn c#a
sóng t( mt kích ñng v phía b bên trái cũng
như s phn x sóng b này. Vic b& qua
hiu ng c#a s c căng b mt cùng vi th# t
c
làm trơn nghim nh hư ng không nh& ñn
nghim vùng k sát hai b. Kt qu tính toán
thu ñưc có th d- dàng x lý bng các th# t
c
hu nghim cho phép xác ñnh vn tc truyn
kích ñng trên b mt.
KT LUN
Trong bài này, phương pháp bin ñi min
ñưc áp d
ng ñ ñưa bài toán xác ñnh trên
min thay ñi (theo thi gian) v bài toán xác
ñnh trên min c ñnh. Phương trình ño hàm
riêng c#a bài toán d"n xut, vì th, không còn
có dng ñi x ng ñơn gin như phương trình
gc. Tuy nhiên, vì min c ñnh nên lưi phn
t hu hn ch! cn chn mt ln cho tt c;
ñiu này cho phép tit kim ñáng k thi gian
tính toán so vi phương pháp Lagrange – Euler
tùy ý. Kt qu tính thu ñưc trong bài này ñã
ñưc so sánh (phù hp) vi kt qu tính bng
phương pháp Lagrange – Euler tùy ý c#a tác
gi ñu và L.T. Khuyên [5]. V mt ñnh tính
kt qu cũng cho thy phù hp vi kt qu c#a
Goring tìm ñưc da trên mô hình nưc nông
[3], c#a A. Huerta và W.K. Liu [4] bng
phương pháp Lagrange – Euler tùy ý.
Trưng hp bài toán vi ñáy di ñng có th
thit lp hoàn toàn tương t. Như ñã bit hin
tưng sóng thn di-n ra trong t nhiên thưng
là do ñáy ñi dương bin ñi ñt ngt, do ñó,
vic ñt bài toán như vy rt có ý nghĩa. Tt
nhiên, vic m rng phương pháp ñây nhm
mô ph&ng s hin tưng sóng thn ñòi h&i phi
nghiên c u thêm v nh hư ng c#a phép bin
ñi min lên ñ chính xác c#a phương pháp
tính do mt kích thưc (phương ngang) ln so
vi kích thưc còn li (ñ sâu).
TAÏP CHÍ PHAÙT TRIEÅN KH&CN, TAÄP 14, SOÁ T5 2011
Trang 13
(a) Biên t do lúc t=0s (b) Biên t do lúc t=0.2s
(c) Biên t do lúc t=0.4s (d) Biên t do lúc t=0.6s
(e) Biên t do lúc t=0.8s (f) Biên t do lúc t=1s
Science & Technology Development, Vol 14, No.T5 2011
Trang 14
(g) Biên t do lúc t=1.2s (h) Biên t do lúc t=1.4s
(i) Biên t do lúc t=1.6s (j) Biên t do lúc t=1.8s
(k) Biên t do lúc t=2s
Hình 4. Kt qu bng hình nh sau khi chy chương trình.
TAÏP CHÍ PHAÙT TRIEÅN KH&CN, TAÄP 14, SOÁ T5 2011
Trang 15
THE NUMMERICAL SOLUTION OF WATER WAVE PROBLEMS USING DOMAIN
TRANSFORMATION AND FINITE ELEMENT METHOD
Trinh Anh Ngoc, Huynh Than Phuc
University of Science, VNU-HCM
ABSTRACT: In this paper, the domain transform method associated with finite element method
is used in order to solve water wave problems. A numerical example is presented to show the effect of
method.
Key words: finite element method, water wave problems.
TÀI LIU THAM KHO
[1]. K. J. Bai, S.M. Choo, S.K. Chung, D.Y.
Kim, Numerical slutions for nonlinear free
surface flows by finite element methods,
Appl. Math. Comput, 163, 941-959 (2005).
[2]. J. Donea, A. Huerta, Finite Element
Methods for Flow Problems, Wiley,
Chichester, (2003).
[3]. D. G. Goring, Tsunamis - The Propagation
of long waves onto a shelf (thesis),
California Institute of technology Pasadena,
California, (1979).
[4]. A. Huerta, W.K. Liu, Viscous flow with
large free surface motion, Comput. Meth.
Appl. Mech. Eng., 69, 277-324 (1988).
[5]. T. A. Ngc, L. T. Khuyên, Tính toán dòng
chy có mt t do bng phương pháp phn
t hu hn Lagrange – Euler tùy ý (báo cáo
ti Hi ngh khoa hc ln th 7, 26/11/2010,
Trưng Đi hc Khoa hc T nhiên,
ĐHQG-HCM.
[6]. A. Pawell, R. B. Guenther, A nummerical
solution to afree surface wave problem,
Topological methods in Nonlinear Analysis,
Journal of the Juliusz Schauder Center, Vol.
6, 399-416 (1995).
Các file đính kèm theo tài liệu này:
- 8648_30691_1_pb_4419_2034099.pdf