|
4. Parabolik tipdagi tenglamani oshkormas sxemali chekli ayirmalar usuli
bilan yechish
Quyidagi chegaraviy masalani qaraylik:
CT
t
=
T
xx
, t>0, 0 <x<l
T(0,t) =T
a
; T(l,t) = T
b
, t>0
T(x,0) = T
0
, 0 <x<l (4.1)
Bu chegaraviy masalaning analitik yechimi u(x,t) oldindan ma‟lum bo‟lishi
ham mumkin.
12
Tenglamardagi differensial operatorlarni ularning chekli-ayirmali analoglari
bilan almashturamiz.Oshkormas sxemadan foydalanamiz (3-rasm).
Xususiy hosilalarni mos chekli ayirmalar bilan almashtirish natijasida
quyidagi chiziqli algebraik tenglamalar sistemasini hosil qilamiz:
Xususiy hosilalarni approksimatsiyalashning tanlangan sxemasini grafik
ko‟rinishda 3-rasmdagidek tasvirlash mumkin.
3-rasm foydalanilayotgan to‟rtnuqtali oshkormas ayirmali sxemada yangi vaqt
qatlamida uchta nuqta va eski vaqt qatlamida esa bitta nuqta olinayotganini yaqqol
ko‟rsatadi.
3-rasm.To‟rtnuqtali oshkormas sxema shabloni.
Hosilalarni bunday approksimatsiyalash uslubi oshkormas deb atalishiga
sabab vaqtning yangi qatlamidagi temperaturalar maydoni oshkormas ifodalangan,
ya‟ni ularni aniqlash uchun berilgan tenglamalar sistemasini yechish zarur.
Hosil bo‟lgan tenglamalar sistemasini plastinkalarning ichki tugun nuqtalari
uchun quyidagicha umumiy ko‟rinishga keltirish mumkin:
bu yerda
13
Bunday tenglamalar ikkinchi tartibli uch nuqtali deb ataladi.(4.3) sistema uch
diagonally tuzilmaga ega.Shuning uchun nostatsionar masala qaralayotganligi
sababli (4.3) sistemani har bir vaqt qadamida yechish zarur.
Faraz qilaylik, shunday
va (
) sonlar ketma-ketligi
mavjudki, ular uchun
tenglik o‟rinli, ya‟ni ikkinchi tartibli uch nuqtali (4.3) tenglama birinchi tartibli ikki
nuqtali (4.4) tenglamaga aylanadi. (4.4) tenglikda indeksni bittaga kamaytiramiz va
hosil bo‟lgan ushbu
ifodani (4.3) tenglamaga
qo‟yamiz:
Bu yerdan esa
Oxirgi tenglik (4.4) ko‟rinishida va u bilan aynan mos boladi, agar barcha
lar uchun quyidagi munisabatalr bajarilsa:
Bu yerdagi barcha
va larni aniqlash uchun chap chegaraviy shartlardan
topiladigan
va
larni bilisimiz zarur.
Endi (4.4) formula bo‟yicha ketma-ket
larni topish
mumkin, agar faqatgina o‟ng chegaraviy shardan
topilgan bo‟lsa.
Shunday qilib, (4.3) ko‟rinishdagi tenglamaning yechimini yuqoridagidek
izlash uslubi haydash (progonka) usuli deb atalib, uchta formula bo‟yicha
hisoblashlarga olib kelinadi: (4.5) formulalar bo‟yicha progonka koeffisiyentlari
deb ataluvchi
va (
) lar (to‟g‟ri progonka) va keyin esa (4.4)
formula bo‟yicha
(
) noma‟lumlar topiladi (teskari
progonka).
14
Progonka usulini muvaffaqiyatli qo‟llash uchun hisoblashlar jarayonida nolga
bo‟lish holati paydo bo‟lmasligi va katta o‟lchamli sistemalarda yaxlitlash xatoligi
tez oshib ketmasligi lozim.
Progonkani korrekt deb ataymiz, agar (4.5) formulalarda progonka
koeffisiyentlarining maxrajlari nolga aylanmasa va uni ustovor deb aytamiz, agar
barcha
lar uchun
shart bajarilsa.
(4.3) tenglamalar progonkasining korrektligi va ustivorligining yetarli sharti
va
ushbu usulning ko‟plam tadbiqlarida o‟z-o‟zidan bajariladi.
(4.2) sistemaga qaytib, progonka koeffisiyentlarini aniqlaymiz va olingan
sistemani yechishning to‟la algoritmini tuzamiz.
Ma‟lumki,
da
, u holda
.
Bu yerdan esa
.
Xuddi shunday,
da
, u holda
.
Bu yerdan esa
.
Progonka koeffisiyentlari (4.5) formulalardan hisoblanadi.
Shunday qilib, (4.1) differensial masalani approksimatsiyalovchi ayirmali
munosabatlar quyidagi ko‟rinishga keladi:
(4.8)
(4.1) differensial masalaning approksimatsiyasi (4.7)-(4.8) bo‟lib, t vaqt
bo‟yicha birinchi vax fazoviy koordinata bo‟yicha ikkinchi tartibli aniqlikda
bajarilgan. Bu oshkormas ayirmali sxema absolyut ustivor, ya‟ni (4.1) chegaraviy
15
masalani vaqt bo‟yicha ixtiyoriy ayirmali qadam bilan integrallash mumkin.Vaqt
bo‟yicha qadam shunday tanlanadiki, to‟la kuzatuv vaqtining intervali hech
bo‟lmaganda kamida 10 ta qadamga bo‟linishi lozim.
Parabolik tipdagi tenglamalarga kiruvchi tenglamalardan biri bo‟lgan ushbu
issiqlik o’tkazuvchanlik tenglamasini sonli yechaylik.
Oshkormas sxemadan (3-rasm) foydalangan holda ushbu tenglamaning chekli
ayirmali approksimatsiyasini quyidagicha yozamiz:
Bunda birinchi indeks gazoviy koordinataga, ikkinchisi esa vaqt
koordinatasiga mos keladi.Oshkor sxemadan farqli ravishda bu chekli ayirmali
tenglamaning o‟ng tarafida funksiyaning qiymatlari keying vaqt qadamiga tegishli.
Ushbu
belgilashni kiritib,chekli ayirmali tenglamani quyidagicha yozib olamiz:
yoki matritsa ko‟rinishida quyidagicha
bu yerda
u(0, t)=α=0, u(1, t)=β=0 – chegaraviy shartlar;
u( x,0) = sin(2
x) – boshlang‟ich shart.
Endi Mathcad matematik paketida bu hisoblashlarni bajarib, berilgan
chegaraviy masalani yechamiz:
16
Yechim funksiyasining to‟r grafigi va izoliniyalarini chizamiz (4-rasm).
4-rasm.Chegaraviy masalaning yechimi grafiklari.
Quyidagi yana bir chegaraviymasalanixuddi shunday oshkormas sxemali
to‟rlar usuli bilan sonli yechamiz:
u
t
= u
xx
+ u
x
+u, t>0, 0 <x<2
u(0,t)=u(2
,t)=0, t>0
17
u( x,0) = sin( x), 0 < x<2
Bu chegaraviy masalani yechishning Mathcad matematik paketidagi dasturi
va uning natijalari esa quyidagicha (5-rasm):
Do'stlaringiz bilan baham: | 
