几类界面问题的快速算法研究

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界面问题在生物医药、数学物理、环境科学等领域普遍存在,如晶体生长、电场分布、材料复合等问题。由于这些问题背景条件的约束,在建立微分方程模型的过程中,系数在界面附近可能是间断的,甚至具有奇异源项,从而问题的解在界面附近也是不连续的。界面问题的复杂性和重要性,吸引了越来越多的数值分析专家投入到对界面问题的研究,并发展了一系列求解界面问题行之有效的方法。  本研究主要内容包括:⑴对于一维界面问题,针对不同界面跳跃条件,利用浸入界面方法(IIM)得到离散方程组,结合二次插值算子建立新的瀑布型多重网格法,并与多重网格方法进行比较,通过数值实验,说明了新瀑布型多重网格法的有效性;⑵对二维椭圆型界面问题,建立九点格式的浸入界面方法,使其具有更高的精度,尤其当界面跳跃条件比较大时,能保持很好的数值稳定性;对于界面附近的不规则节点,结合系数的跳跃条件和界面信息,构造新的插值延拓算子,在此基础上建立瀑布型多重网格方法,数值实验说明该算法的稳健性和有效性。
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