Phase-fitted Discrete Lagrangian Integrators
在过去的几年中,相位拟合已被广泛用于改善数值积分器在振荡问题上的行为。在这项工作中,相位拟合技术的好处是嵌入在离散拉格朗日积分。结果表明,改进的精度和总能量行为的哈密顿系统。对偏心率达到0.95的二体问题的长时间积分(10万周期)的数值试验表明了该方法的有效性。最后,基于几何评估的频率的问题,提出了一种新的自适应误差控制技术。
2009-03-19 math-ph math.MP
Variational Collision Integrators for Nonholonomic Lagrangian Systems
本文提出非完整拉格朗日系统弹性碰撞的离散变分理论,基于拉格朗日-达朗贝尔-庞特里亚金原理推导离散方程,并构建了弹跳椭圆和圆柱内球摆等例子的碰撞积分器。
2025-03-25 math-ph math.DS math.MP
Variational integrators and time-dependent lagrangian systems
针对含时拉格朗日系统,提出一种构造变分积分器的方法,所得算法具有辛性、保持对称李群对应的动量映射并描述能量变化。
2002-01-18 cs.NA math-ph math.MP
On converting any one-step method to a variational integrator of the same order
University of Saskatchewan(萨斯喀彻温大学)
本文在约束力学形式下(如分子动力学中的SHAKE和RATTLE方法),提出一种算法,可将任意单步积分方法转换为同阶变分积分器,实现自动转换,为生成任意阶的新型变分积分器提供灵活强大的方法。
2009-03-05 cs.NA math-ph math.MP
Variational integrators for underactuated mechanical control systems with symmetries
欠驱动机械系统的最优控制问题可以被看作是一个高阶变分问题,受到高阶约束(也就是说,当拉格朗日函数和约束取决于高阶导数,如加速度,加加速度或颠簸)。本文讨论了当位形空间为平凡主丛时,欠驱动机械控制系统的变分形式,以及这类机械控制系统的变分积分器的构造。一个有趣的家庭几何积分可以定义使用离散化的汉密尔顿原则的关键作用。这类几何积分器称为变分积分器,其主要性质之一是保持几何特征,如辛性,动量保持和能量的良好行为。我们构造了高阶力学系统在平凡主丛上的变分积分器,并将其推广到高阶约束系统,特别关注欠驱动力学系统的特殊情况
2014-10-01 math-ph math.DS math.MP
Geometric Formulation of Combined Conservative Dissipative Mechanics via Contact Hamiltonian Dynamics Symmetries, Reduction, and Variational Integrators
Rathinam Technical Campus(拉蒂纳姆技术校园);Mohan Babu University(莫汉·巴布大学)
本文提出了一种基于接触哈密顿动力学的几何框架,用于统一描述混合保守耗散力学系统,并设计了结构保持的变分积分器以实现数值稳定性。
2025-12-13 math-ph math.MP
Variational Integrators for Nonvariational Partial Differential Equations
Max-Planck-Institut für Plasmaphysik(马普等离子体物理研究所);Technische Universität München, Zentrum Mathematik(慕尼黑工业大学数学中心)
本文提出通过形式拉格朗日量构建变分积分器,扩展其应用范围至所有动力系统,以流体动力学中的对流扩散方程为例进行验证。
2015-11-19 cs.NA math-ph math.MP
Error analysis of variational integrators of unconstrained Lagrangian systems
Applied Mathematics and Mathematical Physics(应用数学与数理物理);Department of Mathematics and Statistics(数学与统计系);University of Saskatchewan(萨斯喀彻温大学)
通过放大离散变分原理(在零时间步长处具有奇点),并利用新的过去-未来对称性修复由时间步长除法导致的阶数损失,得到了变分积分器的完整误差分析。
2009-03-05 cs.NA math-ph math.DG
Higher Order Variational Integrators: a polynomial approach
Instituto de Ciencias Matemáticas(西班牙高等科学研究理事会数学科学研究所)
本文提出一种新的变分积分器,即辛Galerkin方案,用于高阶准确地模拟机械系统,同时保持其结构特性,并应用于最优控制问题。
2013-07-23 cs.NA math-ph math.DS
High-order geometric integrators for the local cubic variational Gaussian wavepacket dynamics
针对局部三次变分高斯波包动力学计算成本高的问题,提出高效的高阶几何积分器,具备辛、时间可逆和范数守恒等性质,并在多维不可分耦合Morse势上验证了其效率。
2023-10-09 cs.NA math-ph math.MP
On the exact discrete Lagrangian function for variational integrators: theory and applications
Instituto de Ciencias Matemáticas (CSIC-UAM-UC3M-UCM)(数学科学研究所);Facultad de Ciencias, Universidad de Zaragoza(萨拉戈萨大学理学院)
本文提出精确离散拉格朗日函数的严格构造,适用于Lie群体和Lie余结构,用于分析变分积分器的误差。
2016-08-04 cs.NA math-ph math.DG
Variational integrators for stochastic dissipative Hamiltonian systems
推导了随机受迫哈密顿系统保结构模拟的变分积分器。推导是基于一个随机离散哈密顿近似的第二型随机生成函数的随机流的哈密顿系统。通过引入适当的随机作用泛函并考虑确定性拉格朗日-达朗贝尔原理的随机推广,得到了生成函数。我们的方法提出了一种通用的方法来获得新的结构保持数值方案。所得积分满足离散版本的随机拉格朗日-达朗贝尔原理,并在对称性的存在下,他们也满足离散对应的诺特定理。此外,提出了均方和弱拉格朗日-达朗贝尔龙格-库塔法,并进行了数值测试,以证明其优越的长期数值稳定性和能量行为相比,非几何方法。以Vlasov-Fokker-Planck方程为例,提出了一种新的计算碰撞动力学等离子体的几何方法。
2020-02-06 cs.NA math-ph math.DS
Projected Variational Integrators for Degenerate Lagrangian Systems
Max-Planck-Institut für Plasmaphysik(马克斯·普朗克等离子体物理研究所);Technische Universität München, Zentrum Mathematik(慕尼黑工业大学数学中心)
本文提出并比较了用于退化拉格朗日系统的投射方法,针对拉格朗日函数线性于速度的情况,改进了传统方法的长期稳定性,验证了投射积分器在能量守恒和长期精度方面的优越性。
2017-08-24 cs.NA math-ph math.MP
Stochastic Discrete Hamiltonian Variational Integrators
Imperial College London(帝国理工学院);Max-Planck-Institut für Plasmaphysik(马克斯·普朗克等离子体物理研究所)
本文提出了一种随机哈密顿系统的结构保持数值方法,通过构造随机离散哈密顿量来近似II型随机生成函数,统一了多种已有积分器并提出新的结构保持数值方案,所得积分器具有辛性、保持李群对称的守恒量,并包含随机辛龙格-库塔方法作为特例。
2018-08-16 cs.NA math-ph math.DS
Variational Integrators in Plasma Physics
TECHNISCHE UNIVERSITÄT MÜNCHEN(慕尼黑工业大学)
本文开发了适用于等离子体物理中粒子动力学、维拉索-泊松系统和理想磁流体力学的变分积分器,通过扩展理论至非变分微分方程,实现了更广泛系统的应用,并分析了守恒性质。
2014-12-05 cs.NA math-ph math.MP
Multisymplectic geometry, variational integrators, and nonlinear PDEs
本文基于多辛几何与变分原理,提出统一框架以构造保持辛性与诺特对称性的连续及离散力学/场论模型,并给出非线性正弦-戈登方程的数值验证。
1998-07-15 cs.NA math-ph math.DG
Variational integrators using forced discrete Hamiltonian systems
Universidad Nacional de Cuyo(门多萨国立大学);Instituto Balseiro(巴尔塞罗研究所);Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas (CONICET)(国家科学研究委员会);Universidad Nacional de La Plata(拉普拉塔国立大学);Facultad de Ingeniería Universidad Nacional de La Plata(拉普拉塔国立大学工程学院);Centro de Matemática de La Plata (CMaLP)(拉普拉塔数学中心);Facultad de Ciencias Exactas Universidad Nacional de La Plata(拉普拉塔国立大学理学院)
研究受外力的余切丛上离散哈密顿系统,由离散变分原理确定轨迹。分析辛结构演化等,构建精确离散类似物及近似方法,得到变分积分器,其近似解可达至少r阶精度。
2026-07-07 cs.NA math-ph math.DG
High-order integrators for Lagrangian systems on homogeneous spaces via nonholonomic mechanics
在本文中,高阶数值积分齐性空间将作为应用的非完整分区Runge-Kutta Munthe-Kaas(RKMK)方法李群。一个齐次空间$M$是一个流形,其中一个群$G$作用传递。这样的空间可以理解为商$M \cong G/H$,其中$H$是闭李群,是$M$的每个点的各向同性群。$G$的李代数可以分解为$\mathfrak{g} = \mathfrak{m} \oplus \mathfrak{h}$,其中$\mathfrak{h}$是生成$H$的子代数,而$\mathfrak{m}$是子空间。因此,$M$上的变分问题可以被视为$G$上的非完整约束问题,通过要求变化保持在$\mathfrak{m}$上。非完整分块RKMK积分器是由李群上的离散变分原理得到的积分器的一种修正,并且可以解释为服从离散Chetaev原理.这些积分器倾向于保留其纯变分对应物的若干性质。
2022-01-28 cs.NA math-ph math.DG
Geometric integrators for adiabatically closed simple thermodynamic systems
ETH Zürich(苏黎世联邦理工学院);Institute of Mathematical Sciences, Spanish National Research Council(西班牙国家研究委员会数学科学研究所);Royal Academy of Exact, Physical and Natural Sciences of Spain(西班牙皇家精确、物理和自然科学学院);Institute of Mathematics, Polish Academy of Sciences(波兰科学院数学研究所)
本文提出了一种用于绝热封闭简单热力学系统的离散变分原理,以构建数值积分器,通过实例验证了方法的有效性。
2026-02-01 cs.NA math-ph math.MP
Geometric discrete analogues of tangent bundles and constrained Lagrangian systems
离散化变分原理,与离散化微分方程相反,导致力学的离散时间模拟,并系统地导致几何数值积分器。这种变分离散化的相空间通常是组态对的集合,类似地对应于切向量的起点和终点。我们开发替代离散类似物的切束,通过延长切向量的有限曲线段,一个曲线段为每个切向量。对灵活的,高阶数值积分,我们使用这些离散的切丛作为相空间的拉格朗日系统的变分原理的离散化,非完整力学系统的非线性约束的一般性。我们得到了一个独立的和透明的发展,其中规则性,运动方程,对称性和动量,结构保存,都有自然的表达。
2009-03-05 math-ph math.MP
Second-order variational problems on Lie groupoids and optimal control applications
本文从变分和几何的观点研究李群胚上的二阶变分问题和最优控制问题的变分积分器的构造。首先,我们发展了李群胚上二阶变分问题的变分技巧及其在构造力学系统最优控制问题的变分积分器中的应用。接下来,我们将展示如何拉格朗日子流形的辛群胚本质上给出离散动力学的二阶系统,无约束和约束,我们研究的几何性质的隐流定义的动态在拉格朗日子流形。我们还研究了对称约化理论和相应的Noether定理。
2015-06-29 math-ph math.DS math.MP
Variational order for forced Lagrangian systems II: Euler-Poincaré equations with forcing
在本文中,我们提供了一个变分推导的欧拉-庞加莱方程的系统受到外力使用的适应技术介绍了Galley和其他人。此外,我们详细研究了与泊松广群概念相关的基本几何。最后,我们应用前面的结构的形式推导的变分误差的数值积分强迫Euler-Poincaré方程和应用这个理论的推导几何积分强迫系统。
2019-06-24 cs.NA math-ph math.DG
Variational Structures in Cochain Projection Based Variational Discretizations of Lagrangian PDEs
相容的离散化,如有限元外演算,提供了一个离散化框架,尊重de Rham复形的上同调结构,可以用来系统地构建稳定的混合有限元法。多辛变分积分器是拉格朗日和哈密顿域论的一类几何数值积分器,它们产生保持连续系统的多辛结构和动量守恒性质的方法。在本文中,我们研究这两种方法的合成,通过构造离散化的变分原理拉格朗日域论利用结构保持有限元投影。在我们的研究中,相容的上链投影离散化在离散层次上的变分结构的保持中起着关键的作用,允许离散变分结构本质上是有限维子空间的连续变分结构的限制。在离散水平上保持变分结构将允许我们构造离散Cartan形式,其编码离散理论的变分结构,随后,我们利用离散Cartan形式自然地陈述Noether定理和多辛性的离散类似物,其推广了Marsden等人在离散拉格朗日变分框架中引入的那些。我们将研究协变时空离散化和正则空间半离散化,并随后在时空张量积有限元空间的情况下将两者联系起来。
2022-08-27 cs.NA math-ph math.MP
Error analysis of forced discrete mechanical systems
本文的目的是对受外力作用的力学系统的变分积分器进行误差分析。从本质上讲,我们证明了当离散的接触阶$r$的拉格朗日和力,积分器具有相同的接触阶。我们的分析首先进行离散强制力学系统定义在$TQ$,在这里我们研究的存在性流,离散精确系统的结构和性质和接触的流动(变分积分)的接触秩序方面的原始系统。然后利用这些结果对定义在$Q\times Q$上的类似受迫系统进行了相应的分析。
2021-11-12 cs.NA math-ph math.DG
On the geometry of discrete contact mechanics
本文继续从\cite{VBS}开始构造适合于接触几何的变分积分器,特别地,我们引入了接触情形下离散拉格朗日量的离散Herglotz原理和相应的离散Herglotz方程。这使我们能够开发方便的数值积分接触拉格朗日系统,共形接触的建设。本文还讨论了精确拉格朗日函数的存在性。
2020-03-26 cs.NA math-ph math.MP
Hamiltonization and geometric integration of nonholonomic mechanical systems
在本文中,我们研究的哈密顿过程的力学系统的速度依赖(非完整)的约束。我们首先将非完整力学运动方程改写为欧拉-拉格朗日方程,然后用一个拉格朗日量将问题改写为拉格朗日力学的逆问题。第二,勒让德变换将拉格朗日量变换为所寻求的哈密顿量。作为应用,我们比较了一些新的拉格朗日变分积分与一些已知的非完整积分。
2011-05-26 math-ph math.DS math.MP
Variational order for forced Lagrangian systems
Instituto de Ciencias Matemáticas (CSIC-UAM-UC3M-UCM)(数学科学研究所(西班牙高等科学研究委员会-马德里自治大学-马德里理工大学-马德里大学))
本文通过变分方法推导受迫机械系统的运动方程,并利用变分阶数特性设计高阶积分器。
2017-12-26 cs.NA math-ph math.DG