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对有限元计算,无论是ansys、abaqus、msc还是comsol等,归结为一句话就是解微分方程。而解方程要有定解,就一定要引入条件,这些附加条件称为定解条件。定解条件的形式很多,只讨论最常见的两种——初始条件和边界条件。

在说边界条件之前,先谈谈初值问题和边值问题。

初值和边值问题:

对一般的微分方程,求其定解,必须引入条件,这个条件大概分两类---初始条件和边界条件,如果方程要求未知量y(x)及其导数y′(x)在自变量的同一点x=x0取给定的值,即y(x0)=y0, y′(x0)= y0′,则这种条件就称为初始条件由方程和初始条件构成的问题就称为初值问题

而在许多实际问题中,往往要求微分方程的解在在某个给定的区间axb的端点满足一定的条件,如y(a)=Ay(b)=B,则给出的在端点(边界点)的值的条件,称为边界条件,微分方程和边界条件构成数学模型就称为边值问题。

三类边界条件:

边值问题中的边界条件的形式多种多样,在端点处大体上可以写成这样的形式,Ay+By'=C

B=0,A≠0,则称为第一类边界条件或狄里克莱(Dirichlet)条件;

B≠0,A=0,称为第二类边界条件或诺依曼(Neumann)条件;

A≠0,B≠0则称为第三类边界条件或洛平(Robin)条件。

总体来说:

第一类边界条件:给出未知函数在边界上的数值;

第二类边界条件:给出未知函数在边界外法线的方向导数;

第三类边界条件:给出未知函数在边界上的函数值和外法向导数的线性组合。

对应于comsol,只有两种边界条件:

Dirichlet boundary(第一类边界条件)—在端点,待求变量的值被指定。

Neumann boundary(第二类边界条件)—待求变量边界外法线的方向导数被指定。

再补充点初始条件:

初始条件,是指过程发生的初始状态,也就是未知函数及其对时间的各阶偏导数在初始时刻t=0的值.在有限元中,好多初始条件要预先给定的。不同的场方程对应不同的初始条件。