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基于L^2梯度流的精确非局部体积守恒三元相场模型的无条件能量稳定大时间步进方法。 (英语) Zbl 1442.65186号

小结:我们考虑数值近似求解一个新的Allen-Cahn型三元相场模型。我们首先根据基于L^2梯度流的能量变分公式建立相场模型,并向系统中添加三个非局部拉格朗日乘子,以保持每个相的体积。然后,通过将SAV方法与稳定技术相结合,其中添加了一个关键的线性稳定项,以增强稳定性并保持所需的精度,从而允许较大的时间步长,我们得到了一个解耦的、线性的、非迭代的和体积守恒的方案。该方案是无条件能量稳定的,只需求解四个常系数线性二阶椭圆方程。我们进一步证明了能量稳定性,并提供了大量2D和3D数值模拟,以显示准确性和稳定性。

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6500万06 含偏微分方程初值和初边值问题的有限差分方法
65Z05个 科学应用
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参考文献:

[1] 博伊尔,F。;Lapuerta,C.,三组分Cahn-Hilliard流动模型研究,ESAIM数学。模型。数字。分析。,40, 653-687 (2006) ·Zbl 1173.35527号
[2] 博伊尔,F。;Minjeaud,S.,三分量Cahn-Hilliard模型的数值格式,ESAIM Math。模型。数字。分析。,45, 697-738 (2011) ·Zbl 1267.76127号
[3] Kim,J.,三相流的相场建模和模拟,Commun。非线性科学。数字。模拟。,12, 1560-1571 (2007) ·Zbl 1118.35049号
[4] 德布斯切,A。;Dettori,L.,关于具有对数自由能的Cahn-Hilliard方程,非线性分析TMA,24,10,1491-1514(1995)·Zbl 0831.35088号
[5] 科佩蒂,M.I.M。;Elliott,C.M.,具有对数自由能的Cahn-Hilliard方程的数值分析,Numer。数学。,63, 4, 39-65 (1992) ·兹比尔0762.65074
[6] 卡恩,J.W。;Hillard,J.E.,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
[7] 泰勒,J.E。;Cahn,J.W.,通过梯度流链接各向异性尖锐和漫反射表面运动定律,J.Stat.Phys。,77, 1-2, 183-197 (1994) ·Zbl 0844.35044号
[8] X·冯。;Prol,A.,Allen-Cahn方程的数值分析和平均曲率流的近似,Numer。数学。,94, 33-65 (2003) ·Zbl 1029.65093号
[9] Kessler博士。;诺切托,R.H。;Schmidt,A.,Allen-Cahn问题的后验误差控制:规避Gronwall不等式,数学。建模数值。分析。,38, 129-142 (2004) ·Zbl 1075.65117号
[10] 杜琪。;Ju,Li。;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, 3, 875-898 (2019) ·兹伯利1419.65018
[11] 张杰。;Du,Q.,尖锐界面极限下Allen-Cahn方程离散近似的数值研究,SIAM J.Sci。计算。,31, 4, 3042-3063 (2019) ·Zbl 1198.82045号
[12] 杜琪。;刘,C。;Wang,X.,囊泡膜弹性弯曲能量数值研究中的相场方法,J.Compute。物理。,198, 450-468 (2004) ·Zbl 1116.74384号
[13] Rubinstein,J。;Sternberg,P.,非局部反应扩散方程和成核,IMA J.Appl。数学。,48, 249-264 (1992) ·兹比尔0763.35051
[14] 徐,J。;李毅。;Wu,S。;Bousquet,A.,关于相位场建模的部分隐式和完全隐式格式的稳定性和准确性,计算。方法应用。机械。工程,345826-853(2019)·Zbl 1440.80003号
[15] Condette,N。;梅尔彻,C。;Suli,E.,具有二次增长双阱势的模式形成非线性演化方程的谱近似,数学。公司。,80, 205-223 (2011) ·Zbl 1209.65066号
[16] 杜琪。;Nicolaides,R.A.,相变连续模型的数值分析,SIAM J.Numer。分析。,28, 1310-1322 (1991) ·Zbl 0744.65089号
[17] Eyre,David J.,《无条件梯度稳定时间推进Cahn-Hilliard方程》,(微观结构-图拉演化的计算和数学模型)(加州旧金山,1998年)。微观结构演化的计算和数学模型(加州旧金山,1998年),马特。Res.Soc.交响乐。程序。,第529卷(1998年),MRS:MRS Warrandale,PA),39-46
[18] 沈杰。;王,C。;王,S。;Wang,X.,《Ehrlich-Schwoebel型能量梯度流的二阶凸分裂格式:在薄膜外延中的应用》,SIAM J.Numer。Ana,50,1,105-125(2012)·Zbl 1247.65088号
[19] 王,C。;Wise,S.M.,修正相场晶体方程的能量稳定收敛有限差分格式,SIAM J.Numer。分析。,49, 945-969 (2011) ·Zbl 1230.82005年
[20] 李,D。;乔,Z。;Tang,T.,描述相场方程的半隐式傅立叶谱方法的稳定尺寸,SIAM J.Numer。分析。,54, 3, 1653-1681 (2016) ·Zbl 1346.35162号
[21] 沈杰。;Yang,X.,Allen-Cahn和Cahn-Hilliard方程的数值近似,离散Contin。动态。系统。序列号。A、 281169-1691(2010)·Zbl 1201.65184号
[22] 高,Y。;何,X。;梅,L。;Yang,X.,Cahn-Hilliard-Navier-Stokes-darcy相场模型的解耦、线性和能量稳定有限元方法,SIAM。科学杂志。计算。,40,B110-B137(2018)·Zbl 1426.76261号
[23] 黄,Q。;Yang,X.先生。;He,X.,蒙脱石-a液晶流动模型的数值近似:一阶、线性、解耦和能量稳定格式,离散Contin。动态。系统。序列号。B、 232177-2192(2018)·Zbl 1408.65094号
[24] Chen,L。;赵,J。;Yang,X.,带斜率选择的分子束外延模型的正则化线性方案,应用。数字。数学。,128, 139-156 (2018) ·Zbl 1486.65191号
[25] Yang,X.先生。;赵,J。;He,X.,粘性Cahn-Hilliard方程双曲松弛的线性、二阶和无条件能量稳定格式,使用不变能量求积方法,J.Compute。申请。数学。,343, 80-97 (2018) ·兹比尔1462.65117
[26] Yang,X.先生。;赵,J。;王,Q。;Shen,J.,基于不变能量求积方法的三分量Cahn-Hilliard相场模型的数值近似,数学。模型方法应用。科学。,27, 1993-2030 (2017) ·Zbl 1393.80003号
[27] 徐,C。;陈,C。;Yang,X.先生。;He,X.,流体动力学耦合二元表面活性剂相场模型的数值近似:二阶线性无条件能量稳定格式,Commun。数学。科学。,17, 835-858 (2019) ·Zbl 1450.65090号
[28] 陈,C。;Yang,X.,带熔体对流的枝晶凝固相场模型的高效数值格式,J.Compute。物理。,388,41-62(2019)·Zbl 1452.65195号
[29] Yang,X.,均聚物共混物相场模型的线性、一阶和二阶无条件能量稳定数值格式,J.Compute。物理。,327, 294-316 (2016) ·Zbl 1373.82106号
[30] 张杰。;陈,C。;Yang,X.,各向异性相场枝晶生长模型的一种新型解耦和稳定方案,应用。数学。莱特。,95, 122-129 (2019) ·Zbl 1427.80014号
[31] 沈杰。;薛,J。;Yang,J.,梯度流的标量辅助变量(SAV)方法,J.Compute。物理。,353, 407-416 (2018) ·Zbl 1380.65181号
[32] 沈杰。;徐,J。;Yang,J.,梯度流的一类新的高效稳健能量稳定格式。,SIAM版本,61474-506(2019)·Zbl 1422.65080号
[33] 陈,C。;Yang,X.,各向异性Cahn-Hilliard模型的快速、可证明的无条件能量稳定和二阶精度算法,计算。方法应用。机械。工程,351,35-59(2019)·Zbl 1441.74052号
[34] 黄,J。;Ju,L。;Wu,B.,一类一般阶半线性发展方程的快速紧致时间积分器方法,J.Compute。物理。,393, 313-336 (2019) ·Zbl 1452.65161号
[35] Hochbruck先生。;卢比奇,C。;Selhofer,H.,大型微分方程组的指数积分器,SIAM J.Sci。计算。,19, 1552-1574 (1998) ·兹比尔0912.65058
[36] 戈麦斯,H。;Hughes,T.J.R.,《相场模型的可证明无条件稳定的二阶时间精度混合变分方法》,J.Compute。物理。,230, 5310-5327 (2011) ·Zbl 1419.76439号
[37] 戈麦斯,H。;范德泽;Kristoffer,G.,计算相场建模,(计算力学百科全书(2017),John Wiley&Sons,Ltd)
[38] 戈麦斯,H。;Calo,V.M。;巴齐列夫斯,Y。;Hughes,T.J.R.,《Cahn-Hilliard相场模型的等几何分析》,计算。方法应用。机械。工程,197,4333-4352(2008)·兹比尔1194.74524
[39] Romero,I.,非线性热力系统的热力学一致时间步长算法。,国际。J.数字。方法工程,79,706-732(2009)·Zbl 1171.80305号
[40] 聂,Q。;张义堂。;Zhao,R.,刚性系统的有效半隐式格式,J.Compute。物理。,214, 521-537 (2006) ·Zbl 1089.65094号
[41] Cheng,Q。;Shen,J.,多标量辅助变量(MSAV)方法及其在相场囊泡膜模型中的应用,SIAM J.Sci。计算。,40,A3982-A4006(2018)·Zbl 1403.65045号
[42] 沈杰。;Xu,J.,梯度流标量辅助变量(SAV)格式的收敛性和误差分析,SIAM J.Numer。分析。,562895-2912(2019)·Zbl 1403.65047号
[43] Shen,J.,高效谱-伽勒金方法I.使用勒让德多项式直接求解二阶和四阶方程,SIAM J.Sci。计算。,15, 1489-1505 (1994) ·Zbl 0811.65097号
[44] Kim,J。;Lowengrub,J.,三相流的相场建模和模拟,界面自由边界。,7, 435-466 (2005) ·Zbl 1100.35088号
[45] 罗林森,J.S。;Widom,B.,《毛细管分子理论》(1989),克拉伦登出版社:牛津克拉伦登出版公司
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