边界条件处理指的是在求解区域内,针对边界上变量及其
偏导数随时间变化的规律进行的处理。这一过程对于解决数学物理问题具有重要意义。
在确定边界条件的过程中,遵循两个基本原则:一是当信息从外部进入求解域时,应当明确指定相应的边界条件,这被称为解析边界条件;二是当信息从求解域内部向外传递时,不需要指定边界条件,但在数值求解过程中,需要添加一些额外的边界条件,这些条件被称为数值边界条件。边界条件的确立受到
方程类型的限制,因为信息的传播方式取决于方程的性质。此外,边界条件还与特征线与边界的交点位置相关联。
在使用有限元法时,边界上的节点通常分为两种情况:一种是可以自由变形的节点,此时节点上的载荷为零,或者节点上施加了一定的外载荷,这时可以将节点载荷设置为特定的值。另一种情况是节点的位置被固定,此时可以通过两种方法来处理:划0置1法和置大数法。其中,划0置1法是一种精确的方法,而置
大数定律是一种近似的处理方法。后者源于约束
变分原理,本质上等同于罚函数,虽然在编程实现上较为简单,但由于过大或过小的数值可能会导致
线性方程组出现病态,从而影响求解的稳定性,因此选择合适的数值也是一个优化的过程。如果位移边界条件为零,则主1副0的方法更具普遍适用性。
在一维传热问题中,当计算区域的边界属于第二类或第三类边界条件时,边界节点的温度是未知的。为了确保内部节点的温度
代数方程组能够闭合,可以采用两种方法:一是通过添加边界节点的代数方程,二是通过附加原项法。