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分数Allen-Cahn方程中的亚稳态速度。 (英文) Zbl 1510.65238号

小结:我们数值研究了一维Allen-Cahn方程在具有齐次Neumann边界条件的区间上的谱分数Laplacian((-\Delta)^{\alpha/2})。特别是,我们对锐利界面相互接近和湮灭的速度感兴趣。在经典拉普拉斯方程中,这个过程是指数慢的。在这里,我们研究了当我们改变分数拉普拉斯算子的指数(α)时,界面的宽度和速度是如何变化的。对于实线上的相关模型,我们导出了界面速度和碰撞时间的渐近公式,用(α)和缩放参数(varepsilon)表示。我们通过有限元方法使用一种数值方法,该方法基于将分数拉普拉斯算子扩展到上半平面中的圆柱体,并计算了(α-in(0.3,2])的界面速度、坍塌时间和界面宽度。比较表明,界面速度和碰撞时间的渐近公式在大区间内具有很好的近似性。

MSC公司:

65M60毫米 涉及偏微分方程初值和初边值问题的有限元、Rayleigh-Ritz和Galerkin方法
35K57型 反应扩散方程
35兰特 分数阶偏微分方程
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参考文献:

[1] Achleitner,F。;Kuehn,C.,非对称分数反应扩散方程的行波分析和数值,通信应用。Ind.数学。,6, 2, 1-25 (2015)
[2] Achleitner,F。;Kuehn,C.,具有非局部扩散的双稳态方程的行波,Adv.Differ。等式,20,9-10,887-936(2015)·兹比尔1327.35053
[3] Alzahrani,S.S。;Khaliq,A.Q.M.,多维空间分馏反应扩散方程的傅里叶谱指数时间差分方法,J.Compute。申请。数学。,361, 157-175 (2019) ·Zbl 1422.65276号
[4] Banjai,L。;Melenk,J.M。;诺切托,R.H。;Otárola,E。;萨尔加多,A.J。;Schwab,C.,光谱分数扩散张量有限元法,发现。计算。数学。,19, 4, 901-962 (2019) ·Zbl 1429.65272号
[5] 布埃诺·奥罗维亚,A。;Kay博士。;Burrage,K.,分数维空间反应扩散方程的傅里叶谱方法,BIT,54,4,937-954(2014)·兹比尔1306.65265
[6] Burrage,K。;黑尔,N。;Kay,D.,分数空间反应扩散方程的高效隐式有限元格式,SIAM J.Sci。计算。,34、4、A2145-A2172(2012)·Zbl 1253.65146号
[7] 卡布雷,X。;Sire,Y.,分数阶拉普拉斯非线性方程II:解的存在性、唯一性和定性性质,Trans。阿默尔。数学。Soc.,367,2911-941(2015)·Zbl 1317.35280号
[8] 卡法雷利,L。;Silvestre,L.,与分数拉普拉斯算子相关的一个推广问题,Comm.Partial Differ。等式,32,7-9,1245-1260(2007)·Zbl 1143.26002号
[9] 卡尔·J。;Pego,R.L.,(u_t=\epsilon^2 u_{x}-f(u)\)溶液中的亚稳态模式,Comm.Pure Appl。数学。,42, 5, 523-576 (1989) ·Zbl 0685.35054号
[10] Chen,X.,亚稳态模式的产生、传播和湮灭,J.Differ。Equ.、。,206, 2, 399-437 (2004) ·Zbl 1061.35014号
[11] Dipierro,S。;Figalli,A。;Valdinoci,E.,晶体中的强非局部位错动力学,Comm.Partial Differ。Equ.、。,39, 12, 2351-2387 (2014) ·Zbl 1304.35731号
[12] Dipierro,S。;帕拉图奇,G。;Valdinoci,E.,《晶体位错动力学:分数拉普拉斯背景下的宏观理论》,《公共数学》。物理。,333, 2, 1061-1105 (2015) ·兹比尔1311.35313
[13] Dipierro,S。;罗斯·奥顿,X。;Valdinoci,E.,具有Neumann边界条件的非局部问题,Rev.Mat.Iberoam。,33, 2, 377-416 (2017) ·Zbl 1371.35322号
[14] N.Ehstand,C.Kuehn,C.Soresina,分数偏微分方程的数值延拓:尖牙和肿胀的蛇,arXiv:2002.08117(2020)1-35·Zbl 1471.65138号
[15] González,医学博士。;Monneau,R.,作为一维半拉普拉斯反应扩散方程极限的粒子系统的慢运动,离散Contin。动态。系统。,32, 4, 1255-1286 (2012) ·Zbl 1234.35267号
[16] Grubb,G.,谱分数Dirichlet和Neumann问题的正则性,数学。纳克里斯。,289, 7, 831-844 (2016) ·Zbl 1448.47062号
[17] He,D。;潘,K。;Hu,H.,多维分数阶Allen-Cahn方程的空间四阶保最大值原理算子分裂格式,应用。数字。数学。,151, 44-63 (2020) ·Zbl 1434.65117号
[18] Hou,T。;Tang,T。;Yang,J.,分数维空间Allen-Cahn方程的全离散Crank-Nicolson格式的数值分析,J.Sci。计算。,72, 3, 1214-1231 (2017) ·Zbl 1379.65063号
[19] Ilmanen,T.,Allen-Cahn方程通过平均曲率收敛到Brakke运动,J.微分几何。,38, 2, 417-461 (1993) ·Zbl 0784.53035号
[20] Kuehn,C.,《多时间尺度动力学》,《应用数学科学》,第191卷(2015年),Springer,Cham·兹比尔1335.34001
[21] Kuehn,C.,PDE Dynamics:简介(2019年),SIAM·Zbl 1451.35001号
[22] Kwa sh nicki,M.,分数拉普拉斯算子的十个等价定义,分形。计算应用程序。分析。,20, 1, 7-51 (2017) ·Zbl 1375.47038号
[23] Lee,S。;Lee,D.,具有性势的分数阶Allen-Cahn方程,应用。数学。计算。,351, 176-192 (2019) ·Zbl 1428.82045号
[24] Lischke,A。;庞,G。;M.古利安。;宋,F。;Glusa,C。;郑,X。;毛泽东。;蔡伟(Cai,W.)。;Meerschaert,M.M。;安斯沃思,M。;等,什么是分数拉普拉斯算子?与新结果的对比审查,J.Compute。物理。,404, 109009 (2020) ·Zbl 1453.35179号
[25] 刘,H。;Cheng,A。;Wang,H.,时空分数阶Allen-Cahn方程的快速Galerkin有限元方法,J.Compute。申请。数学。,368, 112482,18 (2020) ·Zbl 1459.76081号
[26] 马,L。;牛,H.-T。;Wang,Z.C.,带分数拉普拉斯算子的Allen-Cahn方程行波的全局渐近稳定性,Commun。纯应用程序。分析。,18, 5, 2457-2472 (2019) ·Zbl 1481.35063号
[27] Melenk,J.M。;Rieder,A.,分数热量方程的hp-FEM,IMA J.Numer。分析。,41, 1, 412-454 (2021) ·Zbl 1466.65141号
[28] 梅茨勒,R。;Klafter,J.,《异常扩散的随机行走指南:分数动力学方法》,《物理学》。代表,339,1,1-77(2000)·Zbl 0984.82032号
[29] Murray,J.,《数学生物学II:空间模型和生物医学应用》(2003),Springer·Zbl 1006.92002号
[30] Nec,Y。;Nepomnyashchy,A.A。;Golovin,A.A.,分数阶Allen-Cahn方程的前型解,物理学。D、 237、24、3237-3251(2008)·Zbl 1160.35442号
[31] 诺切托,R.H。;Otárola,E。;Salgado,A.J.,时空分数抛物问题的PDE方法,SIAM J.Numer。分析。,54, 2, 848-873 (2016) ·Zbl 1337.26014号
[32] Patrizi,S。;Valdinoci,E.,不同取向和碰撞的晶体位错,Arch。定额。机械。分析。,217, 1, 231-261 (2015) ·Zbl 1321.35234号
[33] Patrizi,S。;Valdinoci,E.,晶体中原子位错的弛豫时间,计算变量偏微分。Equ.、。,第71、44条第55、3款(2016年)·Zbl 1348.82084号
[34] Patrizi,S。;Valdinoci,E.,晶体位错动力学的长期行为,数学。模型方法应用。科学。,27, 12, 2185-2228 (2017) ·Zbl 1377.82040号
[35] Reverey,J.F。;Jeon,J.-H。;Bao,H。;Leippe,M。;梅茨勒,R。;Selhuber-Unkel,C.,超扩散控制着致病性卡氏棘阿米巴超拥挤细胞质中的细胞内颗粒运动,Sci。众议员,5,1,1-14(2015)
[36] Servadei,R。;Valdinoci,E.,关于两个不同分数算子的谱,Proc。罗伊。Soc.爱丁堡。第节。A、 144、4831-855(2014)·Zbl 1304.35752号
[37] Simmons,A。;杨琼。;Moroney,T.,避免密集矩阵的分数拉普拉斯算子刚性非线性反应扩散方程的预处理数值解算器,J.Compute。物理。,287, 254-268 (2015) ·Zbl 1352.65265号
[38] 宋,F。;徐,C。;Karniadakis,G.E.,具有可调清晰度的两相流分数相场模型:算法和模拟,计算。应用方法。机械。工程,305376-404(2016)·Zbl 1423.76102号
[39] 斯廷加,P.R。;Torrea,J.L.,一些分数算子的扩张问题和Harnack不等式,Comm.Partial Differ。等式,35,11,2092-2122(2010)·Zbl 1209.26013号
[40] M.Stoll,H.Yücel,分数维空间Allen-Cahn方程的对称内罚Galerkin方法,2015·Zbl 1427.65261号
[41] 曾,F。;刘,F。;李,C。;Burrage,K。;特纳,I。;Anh,V.,二维Riesz空间分数阶非线性反应扩散方程的Crank-Nicolson ADI谱方法,SIAM J.Numer。分析。,52, 6, 2599-2622 (2014) ·Zbl 1382.65349号
[42] 翟,S。;翁,Z。;Feng,X.,分数非局部Allen-Cahn模型的快速显式算子分裂方法和时间步长自适应,应用。数学。型号。,40, 2, 1315-1324 (2016) ·Zbl 1446.65135号
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