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Caso transitorio

L'equazione conservazione_massa nel caso transitorio si scrive:

 

con condizioni al contorno e iniziali da specificarsi.

Definiamo una soluzione approssimata di cm_tran del tipo:

 

dove ora i valori del potenziale ai nodi sono funzioni del tempo t. Le equazioni di Galerkin eq22 diventano quindi:

 

essendo l'area del generico elemento e e il contorno del dominio ove si impongono condizioni di Neumann. La eq22_tran si scrive in forma matriciale:

 

dove il vettore e la matrice sono dati dall'equazione eq25, mentre la matrice , detta matrice di capacità, o delle masse, e':

 

Per l'eq. (10.123) del libro di Gambolati, la matrice di capacità locale a ciascun elemento si può scrivere come:

La matrice viene calcolata con un procedimento di assemblaggio identico a quello della matrice .

L'equazione eq23_tran è un sistema di equazioni differenziali del primo ordine e si può risolvere usando uno dei metodi alle differenze finite descritti nel paragrafo 8.7, pagina 360 del libro di Gambolati.

Detti e i vettori dei potenziali nodali al tempo e , rispettivamente, dove è il passo temporale, si pu`o definire il vettore potenziali al tempo , ove è un peso compres tra 0 e 1:

 

Pensando l'equazione eq23_tran discretizzata al tempo possiamo scrivere:

Sostituendo data dalla pk+theta, questa equazione si riduce al sistema di equazioni lineari:

 

E' facile riconoscere lo schema di Eulero in avanti per , quello di Eulero all'indietro per e quello di Crank Nicolson per .

Per la stabilità del primo di tali schemi (cioè lo schema esplicito), si ricorda che il passo temporale deve soddisfare la relazione (eq. (8.63) pag. 363 del Gambolati):

 

dove è il raggio spettrale di . Questa relazione pone una restrizione al passo temporale. Nessuna limitazione è invece neecessaria adottando uno schema con .

In un problema monodimensionale la stabilita equivale alla relazione di stabilità dello schema di discretizzazione alle differenze finite esplicito nel tempo e del secondo ordine nello spazio, come descritto nel paragrafo 9.10 del Gambolati. Poichè in problemi monodimensionali la matrice è uno scalare, che chiamiamo T, la relazione di stabilità diventa in questo caso:

 





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Andrea Pellizzon
Thu Jun 5 11:00:04 MET DST 1997