Fortran实现一维微分方程有限元法计算源程序

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本文档介绍了一个使用Fortran编写的有限元方法计算1维微分方程的源程序。该程序主要用于解决形如- d/dX (P dU/dX) + QU = F的一阶线性偏微分方程,其中U是X在区间[XL, XR]上的未知标量函数,P、Q和F是X的给定函数。问题的关键在于采用有限元方法,通过线性基函数将整个区间划分为NSUB+1个子区间,每个子区间用线性近似表示U的值。 程序的主函数名为`program main`,其核心部分涉及以下步骤: 1. **方程定义**:求解的微分方程是线性的,包含二阶导数项和一阶导数项,以及一个非线性项,即U的倍乘项。 2. **空间离散**:通过将区间划分成NSUB个子区间,使用线性基函数(例如梯形函数或正弦函数)将连续问题离散化。这些基函数用于近似U在每个子区间内的值,以及它的导数。 3. **系数矩阵构建**:根据有限元方法,程序会构建一个系数矩阵,其中包括`ADIAG`数组,它存储了每个节点上对应的系数,这些系数与微分方程中的P和导数项有关。 4. **边界条件处理**:由于U和U'(导数)在端点XL和XR处有指定的值,这部分代码可能包括对这些边界的特殊处理,以便将它们转化为有限元模型的边界条件。 5. **问题求解**:使用给定的系数矩阵、边界条件和其他输入参数,通过数值方法(如直接求解法或迭代法)求解这个线性系统,得到每个节点处的U值。 6. **软件特性**:此程序遵循GNU GPL许可证,这意味着它是开源的,并允许用户自由使用、修改和分发。最后更新日期为2006年11月1日,作者是John Burkardt,他可能是某个大学或者研究机构的教授,专注于数值计算和编程教学。 在使用这个程序时,用户需要准备函数P、Q和F的实现,以及指定适当的边界条件和子区间数量NSUB。通过运行该程序,可以得到在各个子区间内U的近似解,这对于工程应用中的结构分析、流体动力学模拟等是一大便利工具。