SAYISAL KARARLILIK. Zaman Uzayı Sonlu Farklar Yöntemi

Benzer belgeler
Zaman Uzayı Sonlu Farklar Yöntemi

İşaret ve Sistemler. Ders 3: Periyodik İşaretlerin Frekans Spektrumu

Elektromanyetik Dalga Teorisi Ders-3

Sistem Dinamiği. Bölüm 2- Dinamik Cevap ve Laplace Dönüşümü. Doç.Dr. Erhan AKDOĞAN

Dairesel Dalga Kılavuzlarının 2 Boyutlu FDTD Yöntemi le Modellenmesi

HATA VE HATA KAYNAKLARI...

DÜZCE ÜNİVERSİTESİ TEKNOLOJİ FAKÜLTESİ ELEKTRİK-ELEKTRONİK MÜHENDİSLİĞİ BÖLÜMÜ EET305 OTOMATİK KONTROL I Dr. Uğur HASIRCI

İÇİNDEKİLER ÖNSÖZ Bölüm 1 SAYILAR 11 Bölüm 2 KÜMELER 31 Bölüm 3 FONKSİYONLAR

İleri Diferansiyel Denklemler

Kafes Sistemler. Birbirlerine uç noktalarından bağlanmış çubuk elemanların oluşturduğu sistemlerdir.

İleri Diferansiyel Denklemler


ARACA MONTELİ İLERİ BAKAN YERE NÜFUZ EDEN RADAR SİSTEMLERİNİN ZUSF YÖNTEMİ İLE MODELLENMESİ

ÜÇ BOYUTLU SINIR TABAKA AKIŞLARININ KARARLILIK ÖZELLİKLERİNİN DOĞRUSAL KARARLILIK TEORİSİ YAKLAŞIMI İLE BELİRLENMESİ

EEM211 ELEKTRİK DEVRELERİ-I

ELASTİK DALGA YAYINIMI

fonksiyonu için in aralığındaki bütün değerleri için sürekli olsun. in bu aralıktaki olsun. Fonksiyonda meydana gelen artma miktarı

İleri Diferansiyel Denklemler

ODAKLANAN KÜBİK, ODAKLANAN KUİNTİK ORTAMDA PT-SİMETRİSİNE SAHİP KAFESLER ÜZERİNDE NLS DENKLEMİNİN TEMEL SOLİTON ÇÖZÜMLERİ

TİTREŞİM VE DALGALAR BÖLÜM PERİYODİK HAREKET

İşaret ve Sistemler. Ders 2: Spektral Analize Giriş

Doğrudan Dizi Geniş Spektrumlu Sistemler Tespit & Karıştırma

FİZİK 4. Ders 10: Bir Boyutlu Schrödinger Denklemi

İÇİNDEKİLER. Bölüm 1 MATEMATİKSEL İKTİSADA GİRİŞ İktisat Hakkında İktisatta Grafik ve Matematik Kullanımı 13

Fonksiyon Minimizasyonunda Simulated Annealing Yöntemi

Sistem Dinamiği. Bölüm 9- Frekans Domeninde Sistem Analizi. Doç.Dr. Erhan AKDOĞAN

BÖLÜM I GİRİŞ (1.1) y(t) veya y(x) T veya λ. a t veya x. Şekil 1.1 Dalga. a genlik, T peryod (veya λ dalga boyu)

Dizi Antenler. Özdeş anten elemanlarından oluşan bir dizi antenin ışıma diyagramını belirleyen faktörler şunlardır.

İÇİNDEKİLER KISIM 1: BİRİNCİ MERTEBE ADİ DİFERENSİYEL DENKLEMLER

25. KARARLILIK KAPALI ÇEVRİM SİSTEMLERİNİN KARARLILIK İNCELENMESİ

ZAMAN SERİLERİNDE REGRESYON ANALİZİ

EŞİTLİK KISITLI TÜREVLİ YÖNTEMLER

HOMOGEN OLMAYAN DENKLEMLER

4. HAFTA BLM323 SAYISAL ANALİZ. Okt. Yasin ORTAKCI.

MAK 210 SAYISAL ANALİZ

FİZ217 TİTREŞİMLER VE DALGALAR DERSİNİN 2. ARA SINAV SORU CEVAPLARI

8.04 Kuantum Fiziği Ders X. Schrödinger denk. bir V(x) potansiyeli içinde bir boyutta bir parçacığın hareketini inceler.

Küçük sinyal analizi transistörü AC domende temsilş etmek için kullanılan modelleri içerir.

İleri Diferansiyel Denklemler

İleri Diferansiyel Denklemler

Mühendislikte Sayısal Çözüm Yöntemleri NÜMERİK ANALİZ. Prof. Dr. İbrahim UZUN

CEVAP ANAHTARI. Tempo Testi D 2-B 3-A 4-A 5-C 6-B 7-B 8-C 9-B 10-D 11-C 12-D 13-C 14-C

İleri Diferansiyel Denklemler

USMOS 2011 ODTÜ, ANKARA

Waveguide to coax adapter. Rectangular waveguide. Waveguide bends

Kompleks Değişkenli Fonksiyonlar Teorisi

HARMONİK DENKLEM. Burada göz önüne alınacak problem Dirichlet problemidir; yani fonksiyonun sınırda kendisinin verilmesi halidir. 2 2 (15.

Elektromanyetik Dalga Teorisi

MAK 210 SAYISAL ANALİZ

Bir özvektörün sıfırdan farklı herhangi bri sabitle çarpımı yine bir özvektördür.

2 1 fonksiyonu veriliyor. olacak şekilde ortalama değer teoremini sağlayacak bir c sayısının var olup olmadığını araştırınız. Eğer var ise bulunuz.

ÇEV 2006 Mühendislik Matematiği (Sayısal Analiz) DEÜ Çevre Mühendisliği Bölümü Doç.Dr. Alper ELÇĐ

8.333 İstatistiksel Mekanik I: Parçacıkların İstatistiksel Mekaniği

BÖLÜM 4: MADDESEL NOKTANIN KİNETİĞİ: İMPULS ve MOMENTUM

İleri Diferansiyel Denklemler

GÜZ DÖNEMİ ARASINAV SORULARI. 1. Sayısal çözümleme ve fonksiyonu tanımlayarak kullanıldığı alanları kısaca açıklayınız?

ÖĞRENME ALANI TEMEL MATEMATİK BÖLÜM TÜREV. ALT ÖĞRENME ALANLARI 1) Türev 2) Türev Uygulamaları TÜREV

İleri Diferansiyel Denklemler

AKIġKAN PARTĠKÜLLERĠNĠN KĠNEMATĠĞĠ

İleri Diferansiyel Denklemler

Yrd. Doç. Dr. A. Burak İNNER

İleri Diferansiyel Denklemler

Otomatik Kontrol. Kapalı Çevrim Kontrol Sistemin Genel Gereklilikleri

Zeki Optimizasyon Teknikleri

AKDENİZ ÜNİVERSİTESİ. Anten Parametrelerinin Temelleri. Samet YALÇIN

Elektromanyetik Dalga Teorisi

Erciyes Üniversitesi, Mühendislik Fakültesi, İnşaat Mühendisliği Bölümü İNŞ-201 Nümerik Analiz Dersi Final Sınavı

İçindekiler Jeofizikte Modellemenin Amaç ve Kapsamı Geneleştirilmiş Ters Kuram ve Jeofizikte Ters Problem Çözümleri

x e göre türev y sabit kabul edilir. y ye göre türev x sabit kabul edilir.

Sürekli-zaman İşaretlerin Ayrık İşlenmesi

Tanımlar, Geometrik ve Matemetiksel Temeller. Yrd. Doç. Dr. Saygın ABDİKAN Yrd. Doç. Dr. Aycan M. MARANGOZ. JDF329 Fotogrametri I Ders Notu

TIBBİ ENSTRUMANTASYON TASARIM VE UYGULAMALARI SAYISAL FİLTRELER

OTOMATİK KONTROL SİSTEMLERİ. DİNAMİK SİSTEMLERİN MODELLENMESİ ve ANALİZİ

Mühendislik Fakültesi Elektrik-Elektronik Mühendisliği Bölümü

İkinci Mertebeden Lineer Diferansiyel Denklemler

OYUN TEORİSİ. Özlem AYDIN. Trakya Üniversitesi Bilgisayar Mühendisliği Bölümü

3.5. Devre Parametreleri

Dmaks=16mm için referans/ideal granülometri eğrileri ve bölgeleri. 4 bulunuz.

OPTİMİZASYON TEKNİKLERİ-2. Hafta

12 SINIF MATEMATİK ÜSTEL VE LOGARİTMİK FONKSİYONLAR DİZİLER

Kuantum Mekaniğinin Varsayımları

MAK 210 SAYISAL ANALİZ

Teori ve Örneklerle. Doç. Dr. Bülent ORUÇ

OTOMATİK KONTROL SİSTEMLERİ İŞARET AKIŞ DİYAGRAMLARI SIGNAL FLOW GRAPH

Transfer Fonksiyonu. Dürtü yanıtı h[n] olan sisteme x[n]=z n girişi uygulandığında

4. BÖLÜM DOĞRUSAL DENKLEM SİSTEMLERİ

Toplam İkinci harmonik. Temel Üçüncü harmonik. Şekil 1. Temel, ikinci ve üçüncü harmoniğin toplamı

İleri Diferansiyel Denklemler

7. Kafes sistem sayısal örnekleri

SHA 606 Kimyasal Reaksiyon Akışları-II (3 0 3)

AFYON KOCATEPE ÜNİVERSİTESİ FEN BİLİMLERİ ENSTİTÜSÜ MATEMATİK ANABİLİM DALI BAŞKANLIĞI YÜKSEK LİSANS PROGRAMI

9.Konu Lineer bağımsızlık, taban, boyut Germe. 9.1.Tanım: V vektör uzayının her bir elemanı

İleri Diferansiyel Denklemler

Stokastik Süreçler. Bir stokastik süreç ya da rastgele süreç şöyle tanımlanabilir.

MAT355 Kompleks Fonksiyonlar Teorisi I Hafta 2. yapılırsa bu durumda θ ya z nin esas argümenti denir ve Argz ile gösterilir. argz = Argz + 2nπ, n Z

Denklem (3.1) deki ikinci dereceden diferensiyel denklemin çözüm fonksiyonun + ve, gibi iki tane keyfi sabit vardır. Bu keyfi

İki Boyutlu Eliptik Tipi Diferansiyel Sınır Değer Problemleri İçin MathCAD Kullanılımı

İÇİNDEKİLER. iii ÖNSÖZ BÖLÜM 1 TEMEL KAVRAMLAR 1 BÖLÜM 2 LİNEER KISMİ DİFERENSİYEL DENKLEMLER 9

ÖN SÖZ... ix BÖLÜM 1: GİRİŞ Kaynaklar...6 BÖLÜM 2: TEMEL KAVRAMLAR... 7

YAVAŞ DEĞİŞEN ÜNİFORM OLMAYAN AKIM

Transkript:

Dr. Serkan Aksoy SAYISAL KARARLILIK Sayısal çözümlerin kararlı olması zorunludur. Buna göre ZUSF çözümleri de uzay ve zamanda ayrıklaştırma kapsamında kararlı olması için kararlılık koşullarını sağlaması gerekmektedir. ve nin seçimine göre ZUSF ızgarasında yayılan dalgaların faz hızlarının etkilendiği ve böylece sayısal hatalara sebep olduğu bilinmektedir. in daha küçük seçimi ile sayısal hataların azaltılabileceği ve problemin geometrisinin daha detaylı incelenebileceği açık olmakla beraber, ZUSF'ın kararlı olması zorunluluğu nedeni ile nin seçiminin rastgele olamayacağı açıktır. Bu kapsamda Sınırlı Giriş, Sınırlı Çıkış (SGSÇ) kuralı gereğince ZUSF kararlılığı incelenmelidir. Kararlılık incelemeleri genelde - Matris Özdeğer yöntemi (problem bağımlı), - Enerji yöntemi, - Fourier (von Neumann) yöntemi, - Kompleks Frekans yöntemi kullanılarak yapılır. Burada son iki yöntem için inceleme yapılacaktır. Fourier (von Neumann) Analizi: Kararlılıkla ilgili klasik temel çalışma Fourier serilerine dayalı olup Fourier veya von Neumann yöntemi olarak bilinir [Ritchmer ve Morton, 1967]. Bu çalışma her bir zaman adımında her bir Fourier bileşeninin sonlu toplamının toplam hatasının, sonlu kalması prensibine dayalıdır. Buna göre olmak üzere, bir boyutlu dalga denkleminde yerine konulursa ( ) düzenleme yapılırsa [ ] Her iki taraf a bölünerek, düzenleme yapılırsa ( ) olmak üzere, özel olarak olarak seçilip yeniden düzenlenirse olarak bulunur. Bu denklemin kökleri

olarak bulunur. Burada olduğundan için sistem kararlıdır. Özel olarak kabulü yapılmaksızın ( ) olmak üzere, düzenleme yapılırsa, ( ) denklemin her iki tarafı ile çarparak, düzenlenirse [ ( ) ] [ ] Tekrar düzenleme yapılırsa [ ] burada olmak üzere, yukarıdaki denklem halini alır. Denklemin kökleri olmak üzere, köklerin birim daire üzerinde ve içinde olması gerektiğinden iken ZUSF kararsızdır. Aksi durumda iken ZUSF kararlıdır. Bu şart Courant Friedrich Levy (CFL) kararlılık koşulu (nedensellik koşulu) olarak bilinir. Özel olarak boyutlu problemler için, olmak üzere, CFL koşulu olarak verilir. Kararlılık kriteri bir boyutta ele alınırsa ( olmak üzere) bulunur. Burada olduğu açıktır. Ayrıca ise üç boyutlu CFL koşulu 1 1 1 Gerçekte en yüksek yayılım hızı ile sınırlı iken, toplam iterasyon zamanı ise en düşük yayılım hızı (olay) ile sınırlıdır.

üst sınır (upper bound) olarak oluşur [Taflove ve Brodwin, 1975]. von Neuman yöntemi lokal olarak uygulanabilir. Bu nedenle dispersif ortam, SSK bölgesi vb. farklı ortamların kararlılığı için tekrar analiz yapılarak, tüm ortamlar için en küçük olan şart üzerinden çalışılmalıdır. von Neumann yöntemi kararlılık için kullanılabilmekle beraber, kararsızlığın ZUSF problem uzayında nerede meydana geldiğini (yerini) araştırmak için uygun değildir. gibi yüksek mertebenden ZUSF algoritmalarının kararlılığı da von Neumann yöntemi ile incelenmiştir [Mufti, 1990]. Kompleks Frekans Analizi: olmak üzere, yerine konulursa ( [ ] ) olarak bulunur. Burada Sabit genlikli dalga yayılımı Üstel azalan genlikli dalga yayılımı Üstel artan genlikli dalga yayılımı Bu kapsamda ve den bağımsız olarak [ ( )] [ ] olmak üzere denklem ve için düzenlenirse 1 1 1 t t t 2 arccos S cos kn x 1 1 arccos arcsin burada [ ] halini alır. Kararlılığın nın reel olması (üstel zayıflama ve kuvvetlenme olmaması için) için aralığına ( ) karşılık gelen aralığında araştırılması gerektiği açıktır. Şimdi bu aralığı iki alt aralık için inceleyelim: Kararlı Bölge, aralığı: Bu aralık aralığına ( ) karşı düşer ( pozitif olmalıdır). Bu durumda reel değerli olduğundan, da reel değerli olacaktır. Yani olup, sabit genlikli dalga yayılımı söz konusudur. Kararsız Bölge, aralığı: Bu aralık yani aralığına karşılık gelir. Özel olarak iken (bu durum e karşılık gelen ( ), Nyquist (highest reachable) wave number halinde oluşur). minimum değerini alır. Bu değer 2 olarak hesaplanır. Bu aralıkta ( ) olmak üzere kompleks bir sayıdır. Bu durumda oluşan dalga yayılım karakterini anlamak için [ ] [ ( )] [ ( )] olarak düzenlenebilir. Burada ilişkisi hatırlanırsa

{ [( ) ]} { [( ) ]} halini alır. Burada doğal logaritma işlemi uygulanırsa { [ ( ) ]} [ ( )] olarak yazılır. Burada olduğu hatırlanırsa ( ) halini alır. Buradan olduğu hatırlanırsa ( ) ( ) olarak bulunur. Buradan elektromanyetik dalganın genlik artış faktörü olarak tanımlanabilir. Kararsız durumda olduğundan her bir zaman adımında dalganın genliği kadar üstel artacaktır. En yüksek üstel artış en düşük negatif değerinde meydana gelir. Bu değer daha önce hesaplandığı gibi olmak üzere, yerine konulursa ( ) bulunur. Bu artış sınırlı giriş sınırlı çıkış ilkesi gereğince ZUSF algoritmasının kararlılığını bozacağından, artış olmayacak şekilde değerinin seçilmesi gerekir. Öyle ki bu değerin değeri olduğu açıktır. Bunun aksi bir durumda örneğin (% 0.05 büyük olması) durumunda Her 1 zaman adımda dalganın genliği Her 10 zaman adımda dalganın genliği Her 100 zaman adımda dalganın genliği Her 1000 zaman adımda dalganın genliği artarak, ZUSF kararlılığını bozacaktır. Genlikteki bu artışla beraber incelenen dalga frekansı olmak üzere sadece parametresine bağlıdır. Bu durumda faz hızı olarak bulunur. Buradan Courant Kararlılık Koşulu olarak bilinen ilişki

olarak bulunur. Buna göre uygulamada öncelikle parametresi seçilir. in seçimi çözülmesi istenen problemin geometrik detaylarının yeterince dikkate alınması prensibine dayanmalıdır. in seçiminden sonra kararlılık ilişkisi gereği nin seçimi yapılmalıdır. Burada ZUSF kararlılığını korunduğu en üst sınırın, olacak şekilde kiritik zaman adımlama sınırı olduğunda dikkat edilmelidir.