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在国际上率先研究了最优控制问题混合有限元方法,最优控制问题是一种强非线性偏微分方程的优化问题,因自由边界引起的弱正则性使算法的分析和实现都变得非常困难,尤其是关于控制变量的逼近更为重要。我们系统地研究了线性和非线性最优控制问题的混合有限元方法、谱方法、hp-有限元方法和变分离散方法,创造性地提出了最优性条件,严格地证明了离散解的存在唯一性和离散方法的收敛性和超收敛性结果,得到了状态与控制逼近解的先验误差估计、后验误差估计,为自适应算法提供了理论依据。
在流体计算方面,针对非线性反应扩散方程和多孔介质渗流驱动问题,成功地设计了几种扩张混合有限元方法高效的两层网格算法,并得到了误差分析结果,证明了其收敛性;提出了流体力学中对流占优的对流扩散问题高效自适应移动网格算法,证明了离散问题解的存在性、唯一性和稳定性,通过后验误差估计证明了全离散格式一阶的一致收敛性结果,在理论上突破了Kopteva和Stynes 等人在守恒形式问题局限性。
我们还瞄准国内外科研前沿领域,成功地研究了油藏数值模拟中多孔介质中两相不可压缩可混溶渗流驱动问题混合有限元方法的超收敛性及后处理技术;研究了与时间有关的非线性抛物型方程和双曲型方程混合有限元方法收敛性、超收敛性和后处理;创造性地提出并研究了椭圆问题一种最小二乘混合有限元方法的超收敛性。
首次建立带弱奇异核 Volterra积分方程高精度的谱方法离散格式,并给出收敛性分析证明,解决了多年来未解决的理论问题,其结果将对该领域的发展起很大的推动作用。我们研究了带奇异核的Volterra积分方程、带延迟项的积分方程和积分微分方程的谱配置方法,从理论上严格证明了谱方法的收敛性,得到了数值解的谱精度,使误差估计呈指数衰减。
张智民,中国地质大学(武汉)教授。张智民教授1991年获美国马里兰大学应用数学博士学位。他长期从事计算方法,尤其是有限元方法的研究,在超收敛、后验误差估计和自适应算法等领域的开拓性研究取得了多项创新成果。
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