在科学技术各领域中,有很多问题都可以归结为偏微分方程问题。在物理专业的力学、热学、电学、光学、近代物理课程中都可遇见偏微分方程。
偏微分方程,再加上边界条件、初始条件构成的数学模型,只有在很特殊情况下才可求得解析解。随着计算机技术的发展,采用数值计算方法,可以得到其数值解。
偏微分方程基本形式
首先需要选择应用模式,工具箱根据实际问题的不同提供了很多应用模式,用户可以基于适当的模式进行建模和分析。
在Options菜单的Application菜单项下可以做选择,如下
列表框中各应用模式的意义为:
① Generic Scalar:一般标量模式(为默认选项)。
② Generic System:一般系统模式。
③ Structural Mech.,Plane Stress:结构力学平面应力。
④ Structural Mech.,Plane Strain:结构力学平面应变。
⑤ Electrostatics:静电学。
⑥ Magnetostatics:电磁学。
⑦ Ac Power Electromagnetics:交流电电磁学。
⑧ Conductive Media DC:直流导电介质。
⑨ Heat Tranfer:热传导。
⑩ Diffusion:扩散。
可以根据自己的具体问题做相应的选择,这里要求解偏微分方程,故使用默认值。此外,对于其他具体的工程应用模式,此工具箱已经发展到了Comsol
Multiphysics软件,它提供了更强大的建模、求解功能。
另外,可以在菜单Options下做一些全局的设置,如下
各项代表的意义分别为
l 绘制矩形或方形;
l 绘制同心矩形或方形;
l 绘制椭圆或圆;
l 绘制同心椭圆或圆;
l 绘制多义线。
这里只绘制一个圆如下
定义PDE类型和PDE系数
选择PDE菜单下的PDE Specifications…,如下
细化 格
有限元求解
选择Solve菜单下的Solve PDE选项进行PDE问题的求解,如下
显示结果如下
可见数值解的精度是很高的。
相关资源:求解偏微分方程的数学软件Fastflo-教育工具类资源
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