شبیه سازی عددی موج های بلند آب مدل سازی شده توسط معادله دیفرانسیل با مشتقات جزئی غیرخطی بوزینسک با استفاده از یک تقریب طیفی

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

گروه ریاضی کاربردی، دانشکده علوم ریاضی، دانشگاه کاشان، کاشان، ایران

10.22052/scj.2024.253459.1178

چکیده

دراین مقاله، روش گالرکین برای حل معادله دیفرانسیل جزئی غیرخطی بوزینسک که توصیف کننده امواج آب می باشد ارائه می گردد. ایده اصلی استفاده از چندجمله ای های ژاکوبی تعمیم یافته به عنوان توابع پایه ای برای مشتقات مکانی به گونه ای می باشد که شرایط مرزی معادله را برآورده سازد. برای پرهیز از حل دستگاه معادلات غیرخطی، روش لیپ فراگ-کرانک نیکلسون برای گسسته سازی زمانی معادله پیشنهاد می گردد. تخمین خطای طرح پیشنهادی به صورت دقیق مورد بررسی قرار گرفته و نتایج عددی نشان دهنده دقت بالای روش و زمان محاسباتی پایین و موید نتایج تئوری می باشد. همچنین نتایج حاصل نشان می دهد این روش برای معادلات دیفرانسیل جزئی غیرخطی و مرتبه چهار و از مراتب زوج کارآمد می باشد.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله [English]

Numerical simulation of water long waves modeled by nonlinear Boussinesq partial differential equation using a spectral approximation

نویسندگان [English]

  • Hoorieh Fakhari
  • Akbar Mohebbi
Department of Applied Mathematics, Faculty of Mathematical Sciences, University of Kashan, Kashan, Iran
چکیده [English]

: In this paper, Galerkin method is proposed for the solution of the nonlinear Boussinesq partial differential equation describing water waves. The main idea in to use generalized Jacobi polynomials (GJPs) as basis functions to deal with spatial derivative such that boundary conditions are satisfied. Error estimate of proposed method is investigated and numerical results show the high accuracy and low CPU time of proposed method and confirmed the theoretical ones. Also, the obtained results show that the method is suitable for fourth order nonlinear and even partial differential equations.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Generalized Jacobi polynomials
  • Boussinesq equation
  • Galerkin method
  • Spectral method
  • Error equation