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半线性抛物方程基于重叠区域分解的指数时间差分方法。 (英文) Zbl 1460.65115号

摘要:基于重叠区域分解的局部指数时间差分方法最近被引入,并成功应用于基于相场模型的粗化动力学极值数值模拟的并行计算。本文以著名的Allen-Cahn方程为特例,研究了一类半线性抛物方程的数值解。我们首先研究了标准中心差分空间离散化下的半离散系统,并证明了单域问题与通过Schwarz波形松弛迭代得到的相应多域问题之间的等价性。然后,我们发展了完全离散的局部指数时间差分格式,并通过建立最大界原理,证明了完全离散的局部解到精确半离散解的收敛性和迭代解的收敛性。在一维空间中进行了数值实验,验证了理论结果,并测试了所提算法在二维空间不同子域数下的收敛性和准确性。

MSC公司:

65M55型 多重网格方法;涉及偏微分方程的初值和初边值问题的区域分解
65个M12 含偏微分方程初值和初边值问题数值方法的稳定性和收敛性
65兰特 积分方程的数值解法
6500万06 含偏微分方程初值和初边值问题的有限差分方法
35K58型 半线性抛物方程
2005年5月 并行数值计算
65岁15岁 涉及PDE的初值和初边值问题的误差界

软件:

SERK2系列
PDF格式BibTeX公司 XML格式引用
全文: 内政部 链接

参考文献:

[1] Al-Mohy,AH;新泽西州海姆,计算矩阵指数的作用,以及指数积分器的应用,SIAM J.Sci。计算。,33, 488-511 (2011) ·12346.5028兹比尔 ·doi:10.1137/100788860
[2] 艾伦,SM;Cahn,JW,反相边界运动微观理论及其在反相畴粗化中的应用,金属学报。,27, 1085-1095 (1979) ·doi:10.1016/0001-6160(79)90196-2
[3] 卡恩,JW;Hilliard,JE,非均匀系统的自由能。I.界面自由能,J.Chem。物理。,28, 258-267 (1958) ·Zbl 1431.35066号 ·doi:10.1063/1.1744102
[4] 考克斯,SM;Matthews,PC,刚性系统的指数时间差分,J.Compute。物理。,176, 430-455 (2002) ·Zbl 1005.65069号 ·doi:10.1006/jcph.2002.6995
[5] 杜琪。;Gunzburger,医学博士;Peterson,JS,Ginzburg-Landau超导模型的分析和近似,SIAM Rev.,34,54-81(1992)·Zbl 0787.65091号 ·数字对象标识代码:10.1137/1034003
[6] 杜琪。;朱,L。;李,X。;乔,Z.,非局部Allen-Cahn方程的最大值原理保持指数时间差分格式,SIAM J.Numer。分析。,57, 875-898 (2019) ·Zbl 1419.65018号 ·doi:10.1137/18M118236X
[7] Du,Q.,Ju,L.,Li,X.,Qiao,Z.:一类半线性抛物方程和指数时间差分格式的最大界原理。SIAM修订版(2020年,待公布)
[8] 埃尔德,KR;Katakowski,M。;Haataja,M。;Grant,M.,《晶体生长弹性建模》,Phys。修订稿。,88, 245-701 (2002) ·doi:10.1103/PhysRevLett.88.245701
[9] 伊文斯,LC;HM Soner;Souganidis,PE,相变和平均曲率广义运动,Commun。纯应用程序。数学。,45, 1097-1123 (1992) ·兹比尔0801.35045 ·doi:10.1002/cpa.3160450903
[10] Gander,MJ,反应扩散方程的重叠分裂波形松弛算法,数值。线性代数应用。,6, 125-145 (1999) ·Zbl 0983.65107号 ·doi:10.1002/(SICI)1099-1506(199903)6:2<125::AID-NLA152>3.0.CO;2-4
[11] MJ甘德;Stuart,AM,热方程波形松弛的时空连续分析,SIAM J.Sci。计算。,19, 2014-2031 (1998) ·Zbl 0911.65082号 ·doi:10.1137/S1064827596305337
[12] 哥特利布,S。;舒,CW;Tadmor,E.,强稳定性保持高阶时间离散化方法,SIAM Rev.,43,89-112(2001)·Zbl 0967.65098号 ·doi:10.1137/S003614450036757X
[13] Gustafsson,B。;Kreiss,HO;Oliger,J.,《时间依赖问题和差分方法》(2013),霍博肯:威利·兹比尔1275.65048 ·doi:10.1002/9781118548448
[14] Hoang,TTP;Ju,L。;Wang,Z.,扩散问题的重叠局部指数时间差分方法,Commum。数学。科学。,16, 1531-1555 (2018) ·Zbl 1410.65361号 ·doi:10.4310/CMS.2018.v16.n6.a3
[15] Hoang,TTP;Ju,L。;Wang,Z.,扩散问题的非重叠局部指数时间差分方法,科学学报。计算。,82, 37 (2020) ·Zbl 1431.65063号 ·doi:10.1007/s10915-020-01136-w
[16] Hochbruck,M。;Lubich,C.,《关于矩阵指数算子的Krylov子空间逼近》,SIAM J.Numer。分析。,34, 1911-1925 (1997) ·Zbl 0888.65032号 ·doi:10.1137/S0036142995280572
[17] Hochbruck,M。;Ostermann,A.,解双线性抛物型问题的显式指数Runge-Kutta方法,SIAM J.Numer。分析。,43, 1069-1090 (2005) ·Zbl 1093.65052号 ·数字对象标识代码:10.1137/040611434
[18] Hochbruck,M。;Ostermann,A.,指数积分器,《数值学报》。,19, 209-286 (2010) ·Zbl 1242.65109号 ·doi:10.1017/S0962492910000048
[19] 喇叭,RA;Johnson,CR,矩阵分析主题(1994),剑桥:剑桥大学出版社,剑桥·Zbl 080115001号
[20] 胡,GY;O'Connell,RF,对称三对角矩阵的分析反演,J.Phys。A、 291511-1513(1996)·Zbl 0914.15002号 ·doi:10.1088/0305-4470/29/7/020
[21] Isherwood,L。;格兰特,ZJ;Gottlieb,S.,强稳定性保持积分因子Runge-Kutta方法,SIAM J.Numer。分析。,563276-3307(2018)·Zbl 1404.65064号 ·doi:10.1137/17M1143290
[22] Ju,L。;李,X。;乔,Z。;Zhang,H.,无斜率选择的外延生长模型的指数时间差分格式的能量稳定性和误差估计,数学。计算。,87, 1859-1885 (2018) ·兹比尔1448.65182 ·doi:10.1090/com/3262
[23] Ju,L。;张杰。;Du,Q.,《模拟Cahn-Hilliard方程粗化动力学的快速准确算法》,计算。马特。科学。,108, 272-282 (2015) ·doi:10.1016/j.commatsci.2015.04.046
[24] Ju,L。;张杰。;朱,L。;Du,Q.,半线性抛物方程的快速显式积分因子法,J.Sci。计算。,62, 431-455 (2015) ·Zbl 1317.65172号 ·doi:10.1007/s10915-014-9862-9
[25] Kleefeld,B。;Martín-Vaquero,J.,SERK2v2:刚性问题的一种新的二阶稳定显式Runge-Kutta方法,Numer。方法部分。不同。Equ.、。,29, 170-185 (2013) ·Zbl 1258.65066号 ·数字对象标识代码:10.1002/num.21704
[26] Lawson,JD,具有大Lipschitz常数的稳定系统的广义Runge-Kutta过程,SIAM J.Numer。分析。,4, 372-380 (1967) ·Zbl 0223.65030号 ·doi:10.1137/0704033
[27] Lazer,AC,特征指数和对角占优线性微分系统,J.Math。分析。申请。,35, 215-229 (1971) ·Zbl 0215.43901号 ·doi:10.1016/0022-247X(71)90246-0
[28] 李,B。;Liu,JG,带或不带斜率选择的薄膜外延,Eur.J.Appl。数学。,14, 713-743 (2003) ·Zbl 1059.35059号 ·doi:10.1017/S095679250300528X
[29] Medovikov,AA,抛物方程的高阶显式方法,BIT,38,372-390(1998)·兹比尔0909.65060 ·doi:10.1007/BF02512373
[30] 舒,CW;Osher,S.,《本质上非振荡冲击捕获方案的有效实现》,J.Compute。物理。,77, 439-471 (1988) ·Zbl 0653.65072号 ·doi:10.1016/0021-9991(88)90177-5
[31] Temam,R.,Navier-Stokes E方程:理论和数值分析(1977年),纽约:North-Holland Publishing Co.,纽约·兹伯利0383.5057
[32] Zhang,J.,Zhou,Z.,Wang,Y.,Ju,L.,Du,Q.,Chi,X.,Xu,D.,Chen。摘自:《高性能计算、网络、存储和分析国际会议论文集》(SC'16)。IEEE出版社,皮斯卡塔韦(2016)
[33] 朱,L。;Ju,L。;Zhao,W.,二阶半线性抛物方程的快速高阶紧致指数时间差分Runge-Kutta方法,J.Sci。计算。,67, 1043-1065 (2016) ·Zbl 1342.65187号 ·doi:10.1007/s10915-015-0117-1
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