High-Accuracy Numerical Schemes for Solving Plane Boundary Problem for a Polyharmonic Equation and Their Application to Problems of Hydrodynamics

Cover Page

Cite item

Full Text

Open Access Open Access
Restricted Access Access granted
Restricted Access Subscription Access

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

  1. Boyd J.P. Chebyshev and Fourier Spectral Methods. Dover: Mineola, 2001.
  2. Orszag S.A., Gotlib D. Numerical Analysis of Spectral Methods. Theory and Applications. SIAM, Philadelphia, Pennsylvania: 19103, 1977. 169 p.
  3. 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
  4. Бабенко К.И. Основы численного анализа. М.; Ижевск: НИЦ “Регулярная и хаотическая динамика”, 2002. 848 с.
  5. Бабенко К.И. Несколько замечаний о дискретизации эллиптических задач // Докл. АН СССР. 1975. Т. 221. № 1. С. 1114.
  6. Алгазин С.Д. h-матрица, новый математический аппарат для дискретизации многомерных уравнений математической физики. M.: URSS, 2017. 246 с.
  7. Алгазин С.Д. Численные алгоритмы без насыщения для уравнения Шрёдингера атома водорода // Вычисл. методы и програм. 2018. Т. 19. С. 215–218.
  8. Крылов В.И. Приближенное вычисление интегралов. М.: Наука, 1967. 500 с.
  9. Kress R. Linear Integral Equation. Springer, 1999. 380 p.
  10. Калиткин Н.Н., Колганов С.А. Функции Ферми–Дирака. Прямое вычисление функций // Препр. ИПМ им. М.В. Келдыша. 2018. 235 с.
  11. Белых В.Н. К проблеме конструирования ненасыщаемых квадратурных формул на отрезке // Матем. сб. 2019. Т. 210. № 1. С. 27–62.
  12. Петров А.Г. Численные схемы без насыщения для периодических функций // Докл. РАН. 2018. Т. 481. № 4. С. 362–366.
  13. 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.
  14. Бари Н.К. Тригонометрические ряды. М.: Физматлит, 1961. 936 с.
  15. Петров А.Г., Смолянин В.Г. Расчет профиля капиллярно-гравитационной волны на поверхности тяжелой жидкости конечной глубины // Вестн. МГУ. № 2. 1991. С. 92–96.
  16. Векуа И.Н. Новые методы решения эллиптических уравнений. М.: Физматлит, 1948.
  17. 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.
  18. Соболев С.Л. Уравнения математической физики. М.: Физматлит, 1966.
  19. Казакова А.О., Терентьев А.Г. Численное решение краевых задач для полигармонического уравнения // ЖВММФ. 2012. Т. 52. № 11. С. 2050–2059.
  20. Ландау Л.Д., Лифшиц Е.М. Гидродинамика. М.: Наука, 1986.
  21. 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.
  22. Казакова А.О., Петров А.Г. Расчет течения вязкой жидкости между двумя произвольно движущимися цилиндрами произвольного сечения // ЖВММФ. 2019. Т. 59. № 6. С. 10631082.
  23. Петров А.Г. Схема без насыщения для обтекания решетки профилей и вычисление точек отрыва в вязкой жидкости // ЖВММФ. 2011. Т. 51. № 7. С. 13261338.
  24. Мусхелишвили Н.И. Некоторые основные задачи математической теории упругости, М.: Наука, 1966.
  25. Hamming R.W. Numerical Methods for Scientists and Engineers. New York: McGraw-Hill, 1962.

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
2.

Download (21KB)
3.

Download (26KB)
4.

Download (361KB)
5.

Download (192KB)
6.

Download (169KB)

Copyright (c) 2023 А.Г. Петров

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».