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/ NetNews Usenet Archive 1993 #3 / NN_1993_3.iso / spool / sci / math / numanal / 3972 < prev    next >
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Text File  |  1993-01-27  |  3.8 KB  |  91 lines

  1. Newsgroups: sci.math.num-analysis
  2. Path: sparky!uunet!math.fu-berlin.de!ira.uka.de!scsing.switch.ch!news.univie.ac.at!paladin.american.edu!howland.reston.ans.net!usc!cs.utexas.edu!csc.ti.com!tilde.csc.ti.com!pan.mc.ti.com!a722756
  3. From: a722756@roper.mc.ti.com (W. Donald Rolph)
  4. Subject: Re: FEM with SYMMETRIC but NON-POSITIVE stiffness
  5. Message-ID: <1993Jan26.164528@roper.mc.ti.com>
  6. Originator: a722756@roper.mc.ti.com
  7. Sender: usenet@pan.mc.ti.com (USENET News System)
  8. Organization: Texas Instruments / Attleboro Mass / USA
  9. References:  <ROGER.93Jan27083432@kea.grace.cri.nz>
  10. Distribution: inet
  11. Date: Tue, 26 Jan 1993 21:45:28 GMT
  12. Lines: 77
  13.  
  14.  
  15. In article <ROGER.93Jan27083432@kea.grace.cri.nz>, roger@maths.grace.cri.nz (Roger Young) writes:
  16. |> 
  17. |> I have been following the correspondence in the num-analysis
  18. |> newsgroup concerning FE methods as applied to symmetric but
  19. |> non-positive definite matrices.
  20. |> 
  21. |> I appear to have a similar problem with the poro-elastic 
  22. |> equations. These equations are: (1) the elastic equilibrium
  23. |> equations with the pressure gradient as a source term (or,
  24. |> in fact, it can be convenient to work with the variation
  25. |> of these equations)
  26. |> 
  27. |>     grad(j)d(stress)(ij) = grad(i)d(pressure)
  28. |> 
  29. |> (2) the pressure diffusion equation with an additional time
  30. |> derivative de/dt of the elastic dilatation e = 
  31. |> grad(i)(displacement)(i)
  32. |> 
  33. |>     S.d(pressure)/dt + de/dt = -grad(i)q(i)
  34. |> 
  35. |> where the storage S can be taken as constant, and q is the
  36. |> Darcy velocity which is proportional to pressure gradient
  37. |> q(i) prop grad(i)(pressure).
  38. |> 
  39. |> In the displacement-pressure formulation the field vector
  40. |> is chosen as z = (displacement, pressure)^T. Then according
  41. |> to Lewis and Roberts "The Finite Element Method in Porous 
  42. |> Media Flow" (in Fundamentals of Transport Phenomena in Porous
  43. |> Media, eds Bear and Corapcioglu), the finite element equations
  44. |> for the coupled problem can be written in the form
  45. |> 
  46. |>     K(dz/dt) + Hz = f
  47. |> 
  48. |> where K is SYMMETRIC.
  49. |> 
  50. |> If elasticity is decoupled from pressure, then it appears that 
  51. |> the reduced stiffness matrix is positive definite for displacement
  52. |> and pressure individually. However, for the coupled problem
  53. |> numerical analysis appears to show that K has both +ve and -ve
  54. |> eigenvalues, ie is not positive definite.
  55. |> 
  56. |> My question(s) are: is this really true? How does one set about
  57. |> proving (or disproving) positive-definiteness? what is the
  58. |> physical significance of positive-definiteness?
  59. |> 
  60. |> Any help from readers would be appreciated...
  61.  
  62.  
  63. This at first glance appears to akin to the problem  that crops up with Lagrange
  64. multipliers (which can masquerade as pressures under many conditions).  If this
  65. is true, then solving for the all elasticity terms connected with a given node
  66. before you solve for any pressure terms for a given node you should find typical
  67. factorization algorithms to work (dont try cholesky decomposition however).
  68.  
  69. Postive definitenes is in my experience as muchg a religious phenomena as
  70. anything else (opps here go the battles).  Consider however that  if I multply
  71. both sides of a positive definite system by -1 I get a negative definite system,
  72. which is still very well behaved.  In  my experience and from  my religious
  73. framework positive definite means that I have a positive energy functional which
  74. can be minimized (negative definiteness means to me that I have a negative enrgy
  75. functional which needs to be maximized!).
  76.  
  77. Problems seem to occur for the following conditions:
  78.  
  79.      indefinite - zero eigenvalues
  80.      semidefinite - some are postiive, some are negative
  81.  
  82. which seems to be your case.  In some cases a semidefinite system can  be
  83. organized as a positive definite system followed by a negative definite system.
  84.  
  85. Hope these philosophical ramblings more or less answered your question.
  86. -- 
  87.  
  88. Regards.
  89.  
  90. Don Rolph  a722756@pan.mc.ti.com WD3 MS10-13 (508)-699-1263
  91.