High-Accuracy Numerical Schemes for Solving Plane Boundary Problem for a Polyharmonic Equation and Their Application to Problems of Hydrodynamics
- Authors: Petrov A.1
-
Affiliations:
- Ishlinsky Institute for Problems in Mechanics of the RAS
- Issue: Vol 87, No 3 (2023)
- Pages: 343-368
- Section: Articles
- URL: https://journals.rcsi.science/0032-8235/article/view/132253
- DOI: https://doi.org/10.31857/S0032823523030128
- EDN: https://elibrary.ru/ZUMQQK
- ID: 132253
Cite item
Abstract
Boundary value problems are considered for harmonic, biharmonic equations, as well as the general polyharmonic equation for multiply connected domains on the plane. The problems are reduced to solving linear integral equations on boundary contours, which are assumed to be smooth. An algorithm for deriving an approximation of integral equations by a linear system is presented, taking into account the logarithmic singularities of the kernels of integral operators, through which integral equations are expressed. The algorithm uses the periodicity of functions defined on closed boundary contours. As the number of grid points increases, the approximation error decreases faster than the grid spacing to any fixed degree. Applications to solving problems of hydrodynamics, filtration and other problems of theoretical physics are considered.
About the authors
A.G. Petrov
Ishlinsky Institute for Problems in Mechanics of the RAS
Author for correspondence.
Email: petrovipmech@gmail.com
Russia, Moscow
References
- Boyd J.P. Chebyshev and Fourier Spectral Methods. Dover: Mineola, 2001.
- Orszag S.A., Gotlib D. Numerical Analysis of Spectral Methods. Theory and Applications. SIAM, Philadelphia, Pennsylvania: 19103, 1977. 169 p.
- Hafeez M.B., Krawczuk M.A. Review: applications of the spectral finite element method // Arch. Comput. Meths in Engng. 2023. P. 1–13. https://doi.org/10.1007/s11831-023-09911-2
- Бабенко К.И. Основы численного анализа. М.; Ижевск: НИЦ “Регулярная и хаотическая динамика”, 2002. 848 с.
- Бабенко К.И. Несколько замечаний о дискретизации эллиптических задач // Докл. АН СССР. 1975. Т. 221. № 1. С. 1114.
- Алгазин С.Д. h-матрица, новый математический аппарат для дискретизации многомерных уравнений математической физики. M.: URSS, 2017. 246 с.
- Алгазин С.Д. Численные алгоритмы без насыщения для уравнения Шрёдингера атома водорода // Вычисл. методы и програм. 2018. Т. 19. С. 215–218.
- Крылов В.И. Приближенное вычисление интегралов. М.: Наука, 1967. 500 с.
- Kress R. Linear Integral Equation. Springer, 1999. 380 p.
- Калиткин Н.Н., Колганов С.А. Функции Ферми–Дирака. Прямое вычисление функций // Препр. ИПМ им. М.В. Келдыша. 2018. 235 с.
- Белых В.Н. К проблеме конструирования ненасыщаемых квадратурных формул на отрезке // Матем. сб. 2019. Т. 210. № 1. С. 27–62.
- Петров А.Г. Численные схемы без насыщения для периодических функций // Докл. РАН. 2018. Т. 481. № 4. С. 362–366.
- Петров А.Г. Алгоритм построения квадратурных формул с экспоненциальной сходимостью для линейных операторов, действующих на периодические функции// Изв. вузов. Математика. 2021. № 2. С. 86–92.
- Бари Н.К. Тригонометрические ряды. М.: Физматлит, 1961. 936 с.
- Петров А.Г., Смолянин В.Г. Расчет профиля капиллярно-гравитационной волны на поверхности тяжелой жидкости конечной глубины // Вестн. МГУ. № 2. 1991. С. 92–96.
- Векуа И.Н. Новые методы решения эллиптических уравнений. М.: Физматлит, 1948.
- Воинов О.В., Воинов В.В. Численный расчет нестационарных движений идеальной несжимаемой жидкости со свободными поверхностями // Докл. АН СССР. 1975. Т. 221. № 3. С. 559–562.
- Соболев С.Л. Уравнения математической физики. М.: Физматлит, 1966.
- Казакова А.О., Терентьев А.Г. Численное решение краевых задач для полигармонического уравнения // ЖВММФ. 2012. Т. 52. № 11. С. 2050–2059.
- Ландау Л.Д., Лифшиц Е.М. Гидродинамика. М.: Наука, 1986.
- Казакова А.О., Петров А.Г. О поле скоростей вязкой жидкости между двумя цилиндрами, вращающимися и движущимися поступательно // Изв. РАН. МЖГ. 2016. № 3. С. 16–25.
- Казакова А.О., Петров А.Г. Расчет течения вязкой жидкости между двумя произвольно движущимися цилиндрами произвольного сечения // ЖВММФ. 2019. Т. 59. № 6. С. 10631082.
- Петров А.Г. Схема без насыщения для обтекания решетки профилей и вычисление точек отрыва в вязкой жидкости // ЖВММФ. 2011. Т. 51. № 7. С. 13261338.
- Мусхелишвили Н.И. Некоторые основные задачи математической теории упругости, М.: Наука, 1966.
- Hamming R.W. Numerical Methods for Scientists and Engineers. New York: McGraw-Hill, 1962.
Supplementary files
