Detail předmětu

Numerické řešení variačních úloh

Akademický rok 2023/24

DA66 předmět zařazen v 12 studijních plánech

D-P-C-SI (N) / PST zimní semestr 2. ročník

D-P-C-SI (N) / FMI zimní semestr 2. ročník

D-P-C-SI (N) / KDS zimní semestr 2. ročník

D-P-C-SI (N) / MGS zimní semestr 2. ročník

D-P-C-SI (N) / VHS zimní semestr 2. ročník

D-K-C-SI (N) / VHS zimní semestr 2. ročník

D-K-C-SI (N) / MGS zimní semestr 2. ročník

D-K-C-SI (N) / PST zimní semestr 2. ročník

D-K-C-SI (N) / FMI zimní semestr 2. ročník

D-K-C-SI (N) / KDS zimní semestr 2. ročník

D-K-C-GK / GAK zimní semestr 2. ročník

D-K-E-SI (N) / PST zimní semestr 2. ročník

1. Úvod do variačního počtu: Příklady funkcionálů, řešení nejjednodušší úlohy variačního počtu, Eulerova rovnice funkcionálu.
2. Úlohy pro diferenciální rovnice: Klasická, variační a minimizační formulace okrajových diferenciálních úloh. Diskretizace stacionárních úloh metodou sítí, metodou Galerkinovou a metodou Ritzovou. Standardní způsoby časové diskretizace nestacionárních diferenciálních úloh.
3. Formulace a numerické řešení úlohy vedení tepla, lineární úlohy pružnosti, lineárních úloh proudění, nelineární úlohy pro Navier-Stokesovy rovnice a vybraných modelů šíření vlhkosti a tepla v porézních látkách.

Garant předmětu

Zajišťuje ústav

Cíl

Základy variačního počtu, numerické metody řešení okrajových diferenciálních úloh, vycházející z variačních formulací a jejich algoritmizace. Okrajové úlohy jsou matematickými modely procesů, významných pro stavební praxi.

Osnova

1. Funkcionál a jeho Eulerova rovnice, řešení nejjednodušší úlohy variačního počtu.
2. Příklady funkcionálů a jim příslušných Eulerových rovnic. Jejich řešení elementárními prostředky.
3. Odvození eliptické úlohy pro ODR 2. řádu, úlohy vedení tepla a šíření příměsi. Klasická formulace úlohy.
4. Diskretizace eliptické úlohy pro ODR 2. řádu standardní metodou sítí, stabilita numerických řešení.
5. Variační (slabá) a minimizační formulace eliptické úlohy pro ODR 2. řádu.
6. Metoda Ritzova a metoda Galerkinova.
7. Diskretizace eliptické variační úlohy pro ODR 2. řádu metodou konečných prvků, řešení konkrétních úloh.
8. Diskretizace minimizační formulace úlohy pro ODR 2. řádu metodou konečných prvků, řešení konkrétních úloh.
9. Klasická, variační a minimizační formulace eliptické úlohy pro PDR 2. řádu.
10. Diskretizace eliptické úlohy pro PDR 2. řádu metodou konečných prvků.
11. Variační formulace a metoda konečných prvků pro lineární úlohu pružnosti ve 2D.
12. Navier-Stokesovy rovnice a jejich řešení metodou charakteristik.
13. Úloha současného šíření vlhkosti a tepla v porézních látkách, numerické řešení.

Prerekvizity

Základy lineární algebry a matematické analýzy, elementární metody řešení diferenciálních rovnic, metody řešení systémů lineárních a nelineárních rovnic, základní prostředky interpolace a aproximace funkce, numerického výpočtu derivace a numerické integrace.

Jazyk studia

čeština

Kredity

10 kreditů

semestr

letní

Způsob a kritéria hodnocení

zkouška

Vymezení kontrolované výuky a způsob jejího provádění a formy nahrazování zameškané výuky

Vymezení kontrolované výuky a způsob jejího provádění stanoví každoročně aktualizovaná vyhláška garanta předmětu.

Nabízet zahraničním studentům

Nenabízet

Předmět na webu VUT

Přednáška

13 týdnů, 3 hod./týden, nepovinné

Osnova

1. Funkcionál a jeho Eulerova rovnice, řešení nejjednodušší úlohy variačního počtu. 2. Příklady funkcionálů a jim příslušných Eulerových rovnic. Jejich řešení elementárními prostředky. 3. Odvození eliptické úlohy pro ODR 2. řádu, úlohy vedení tepla a šíření příměsi. Klasická formulace úlohy. 4. Diskretizace eliptické úlohy pro ODR 2. řádu standardní metodou sítí, stabilita numerických řešení. 5. Variační (slabá) a minimizační formulace eliptické úlohy pro ODR 2. řádu. 6. Metoda Ritzova a metoda Galerkinova. 7. Diskretizace eliptické variační úlohy pro ODR 2. řádu metodou konečných prvků, řešení konkrétních úloh. 8. Diskretizace minimizační formulace úlohy pro ODR 2. řádu metodou konečných prvků, řešení konkrétních úloh. 9. Klasická, variační a minimizační formulace eliptické úlohy pro PDR 2. řádu. 10. Diskretizace eliptické úlohy pro PDR 2. řádu metodou konečných prvků. 11. Variační formulace a metoda konečných prvků pro lineární úlohu pružnosti ve 2D. 12. Navier-Stokesovy rovnice a jejich řešení metodou charakteristik. 13. Úloha současného šíření vlhkosti a tepla v porézních látkách, numerické řešení.