残差范数
在数值解期间,Simcenter STAR-CCM+ 可用于通过不同范数监视残差矢量、求解增量和能量增量。
在每次迭代 i 时,Simcenter STAR-CCM+ 都会通过求解线性方程组计算求解更新 :
使用牛顿迭代。 和 分别表示第 i 次迭代时的材料相切矩阵和残差矢量,其中 为系统大小(即,自由度总数)。
对于固体应力求解器, 和 表示残余力和位移增量。对于有限元固体能量求解器,它们表示残余通量和温度增量。对于有限元磁矢势求解器,它们表示残差(与电流负载相关)和磁矢势增量。
每次迭代后,求解器计算残差 ()、变量增量 () 和能量增量 () 的范数。指定后,这些范数将根据为第一次迭代计算的范数值进行标准化:
可使用不同的方法计算残差矢量 和变量增量矢量 的范数(请参见残差和变量增量范数),而能量增量 则计算为变量增量矢量和残差矢量之间的内积(请参见能量增量)。在固体应力应用中, 叫做应变能;在固体能量应用中, 叫做热电势;在电磁应用中, 为磁能增量。
残差和变量增量范数
Simcenter STAR-CCM+ 可用于通过三个不同的范数监视残差和主变量增量。为了简化表示,以下范数定义考虑使用常规矢量 表示第 i 次迭代时的变量增量 或残差 。
的分量由 表示并且 ,其中, 为矢量大小(即,系统自由度的总数,Eqn. (4833))。
- 最大范数
- 矢量 的最大范数为其分量 的最大绝对值: (4835)
- L1 范数
-
矢量 的 L1 范数为其分量 的绝对值的算术平均值:
(4836) - 欧几里德范数
- 矢量 的欧几里德范数或 L2 范数为根据自身分量数进行标准化的 的欧几里德长度: (4837)
能量增量
Simcenter STAR-CCM+ 将添加到某次牛顿方法迭代中的能量增量计算为:
其中, 和 为第 i 次迭代时的变量增量矢量和残差矢量的分量, 为矢量大小。