共同时间步 · 热方程求解台

显式会失稳,隐式就一定准确吗?

两种方法从同一组节点值出发,每次前进同样的 Δt。显式法直接更新;隐式法实际求解一个三对角线性方程组。

改变任一参数会从初值重新计算。改变 N 时,所选高频模态也随之改变;这组对照不能当作同一初值的网格收敛实验。

显式 FE隐式 BE解析解

稳定性:跟踪最高离散频率

节点误差的变化

高频模态投影

隐式法每步究竟解了什么

−r Uⱼ₋₁ⁿ⁺¹ + (1+2r) Uⱼⁿ⁺¹ − r Uⱼ₊₁ⁿ⁺¹ = Uⱼⁿ

未知量是下一时刻的内点。左、右端点已知,首行右端加 ra,末行右端加 rb。这里用 Thomas 消元法解出整个内点数组,再把新数组代回上式检查残差。

“所有模态都不增长”只说明稳定。r 很大时,一步走过的物理时间也很大,隐式解仍可能明显偏离解析解。