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Allen-Cahn方程对自由能依赖性的数值研究。 (英语) Zbl 1492.35338号

小结:相场建模受到自由能泛函形状的强烈影响。在热力学理论中,它是一种对数型势,可以用来建模和模拟二进制系统。然而,对于由第四双阱势驱动的相场方程,作为对数型的多项式近似,已经做了大量的工作,而对数型仅在临界温度范围内有效。为了全面理解多项式和对数势及其在相场建模中的关系,我们提供并分析了由Ginzburg-Landau泛函导出的Allen-Cahn方程的数值框架,该方程具有对数势及其多项式近似。我们证明了我们的数值格式保证了解的有界性和能量耗散特性。对于对数自由能,我们描述了不同原子结合能配置下数值解的不同形态变化。对数势与其二阶多项式近似的比较揭示了旋节分解动力学的差异。特别是,与六阶或更高阶多项式不同,使用四阶双势阱势的四阶多项式近似得到的研究最多的解违反了对数能量耗散定律。具有对数势的Allen-Cahn方程的几何方面也得到了数值证实。总之,本研究证明了对数势和多项式势数值框架的有效性和适用性,并支持对对数模型进行进一步数学分析的需要。

MSC公司:

82年第35季度 与统计力学相关的PDE
56年第35季度 Ginzburg-Landau方程
82B20型 格系统(伊辛、二聚体、波茨等)和平衡统计力学中出现的图上系统
81V45型 原子物理学
6500万06 含偏微分方程初值和初边值问题的有限差分方法
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
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全文: 内政部

参考文献:

[1] Allen,SM公司;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, 6, 1085-1095 (1979) ·doi:10.1016/0001-6160(79)90196-2
[2] 巴雷特,JW;Blowey,JF,具有对数自由能的Cahn Hilliard方程有限元近似的误差界,Numer。数学。,72, 1, 1-20 (1995) ·Zbl 0851.65070号 ·doi:10.1007/s002110050157
[3] 贝内什,M。;查卢佩克(Chalupeck),V。;Mikula,K.,通过Allen-Cahn方程进行几何图像分割,应用。数字。数学。,51, 2-3, 187-205 (2004) ·Zbl 1055.94502号 ·doi:10.1016/j.apnum.2004.05.001
[4] 卡普佐,D。;芬奇,V。;March,R.,《保面积曲线缩短流:从相位分离到图像处理》,《界面自由边界》,4325-343(2002)·Zbl 1021.35129号 ·doi:10.4171/IFB/64
[5] Cherfils,L。;米兰维尔,A。;Zelik,S.,具有对数势的Cahn-Hilliard方程,J.Math。,79, 2, 561-596 (2011) ·Zbl 1250.35129号
[6] Chen,W。;康德,S。;王,C。;王,X。;Wise,SM,《无斜率选择的薄膜模型线性能量稳定方案》,J.Sci。计算。,52, 546-562 (2012) ·Zbl 1326.76007号 ·doi:10.1007/s10915-011-9559-2
[7] Chen,W。;李伟(Li,W.)。;王,C。;王,S。;Wang,X.,梯度流的能量稳定高阶线性ETD多步骤方法:在薄膜外延中的应用,研究数学。科学。,7, 13, 1-27 (2020) ·Zbl 1447.65097号
[8] Chen,W。;王,C。;王,X。;Wise,SM,具有对数势的Cahn-Hilliard方程的保正能量稳定数值格式,J.Compute。物理:X、3、100031、1-29(2019)
[9] Chen,W。;李伟(Li,W.)。;罗,Z。;王,C。;Wang,X.,无斜率选择薄膜生长模型的稳定二阶指数时间差分多步方法,ESAIM:M2AN,54,3,727-750(2020)·Zbl 1437.65149号 ·doi:10.1051平方米/2019054
[10] Cheng,K。;乔,Z。;Wang,C.,具有能量稳定性的非选择性外延薄膜模型的三阶指数时间差分数值格式,J.Sci。计算。,81, 154-185 (2019) ·Zbl 1427.65148号 ·doi:10.1007/s10915-019-01008-y
[11] 科佩蒂,MIM;Elliot,CM,具有对数自由能的Cahn-Hilliard方程的数值分析,Numer。数学。,63, 1, 39-66 (1992) ·Zbl 0762.65074号 ·doi:10.1007/BF01385847
[12] 道斯,AT;铁,D.,皮层几何形状可能影响早期秀丽隐杆线虫胚胎中Par蛋白结构域之间界面的位置,J.Theor。《生物学》,333,27-37(2013)·Zbl 1397.92084号 ·doi:10.1016/j.jtbi.2013.04.024
[13] Della Porta,F。;Giorgini,A。;Grasselli,M.,具有对数势的非局部Cahn-Hilliard-Hele-Shaw系统,非线性,31,10,4851-4881(2018)·Zbl 1395.35163号 ·doi:10.1088/1361-6544/aad52a
[14] Dong,L。;王,C。;聪明,山猫;Zhang,Z.,具有奇异界面参数的三元Cahn-Hilliard系统的保正能量稳定格式,J.Compute。物理学,442,110451,1-29(2021)·Zbl 07513797号
[15] Dong,L。;王,C。;张,H。;Zhang,,具有Flory-Huggins-Degennes能量的Cahn-Hilliard方程的保正、能量稳定和收敛的数值格式,Comm.Math。科学。,17, 4, 921-939 (2019) ·Zbl 1423.60052号 ·doi:10.4310/CMS.2019.v17.n4.a3
[16] Dong,L。;王,C。;张,H。;Zhang,Z.,具有可变界面参数的Cahn-Hilliard方程的保正二阶BDF格式,Commun。计算。物理。,28, 967-998 (2020) ·Zbl 1528.65045号 ·doi:10.4208/cicp。OA-2019-0037
[17] 伊文斯,LC;HM Soner;Souganidis,PE,相变和平均曲率广义运动,Comm.Pure Appl。数学,45,9,1097-1123(1992)·Zbl 0801.35045号 ·doi:10.1002/网址:3160450903
[18] Eyre,DJ,无条件梯度稳定时间推进Cahn-Hilliard方程,Mater。Res.Soc.交响乐。诉讼,529,39-46(1998)·doi:10.1557/PROC-529-39
[19] 盖斯凯尔,博士,材料热力学导论(2013),纽约:泰勒和弗朗西斯,纽约
[20] 吉伦·冈萨雷斯(Guillén-González),F。;Tierra,G.,Allen-Cahn和Cahn-Hilliard模型的二阶格式和时间步长自适应性,计算。数学。申请。,432, 23-34 (2015) ·Zbl 1362.65104号
[21] Grillo,A。;Carfagna,M。;Federico,S.,《纤维增强各向异性材料重塑的Allen-Cahn方法》,《工程数学杂志》。,109, 1, 139-172 (2018) ·Zbl 1408.74037号 ·doi:10.1007/s10665-017-9940-8
[22] 郭,R。;纪磊。;Xu,Y.,Allen-Cahn方程的高阶局部间断Galerkin方法:分析与模拟,J.Comp。数学,34,135-158(2016)·Zbl 1363.65162号 ·doi:10.4208/jcm.1510-m2014-0002
[23] 他,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 ·doi:10.1016/j.apnum.2019.12.018
[24] Jeong,D。;Kim,J.,具有对数自由能的三元Cahn-Hilliard系统的实用数值格式,Phys。A、 442510-522(2016)·Zbl 1400.76050号 ·doi:10.1016/j.physa-2015.09.038
[25] Jeong,D。;Kim,J.,具有对数自由能的三元Cahn-Hilliard系统光谱法分裂参数的实际估计,数学。方法应用。科学。,40, 1734-1745 (2017) ·Zbl 1362.65114号 ·doi:10.1002/mma.4093
[26] Jeong,D。;Kim,J.,不可压缩两相流体流动的保守Allen-Cahn-Navier-Stokes系统,计算。流体。,156239-246(2017)·Zbl 1390.76577号 ·doi:10.1016/j.compfluid.2017.07.009
[27] 贾,J。;张,H。;Xu,H。;Jiang,X.,二维时间分数阶Allen-Cahn方程的一个有效的二阶稳定格式,应用。数字。数学,165216-231(2021)·兹比尔1475.65145 ·doi:10.1016/j.apnum.2021.02.016
[28] 乔希,V。;Jaiman,RK,保守和正保持Allen-Cahn相场模型的自适应变分程序,J.Compute。物理。,366, 478-504 (2018) ·Zbl 1406.76049号 ·doi:10.1016/j.jcp.2018.04.022
[29] Kim,J。;Kang,K。;Lowengrub,J.,三元Cahn-Hilliard系统的保守多重网格方法,Commun。数学。科学。,2, 1, 53-77 (2019) ·Zbl 1085.65093号
[30] 拉坦齐奥,C。;马西娅,C。;R.广场。;Simeoni,C.,用于评估具有松弛的Allen-Cahn方程行进前沿稳定性的动力学方案,Appl。数字。数学,141234-247(2019)·Zbl 1427.65207号 ·doi:10.1016/j.apnum.2018.10.009
[31] Lee,D。;Kim,J.,Allen-Cahn方程的平均曲率流,欧洲期刊应用。数学。,26, 535-559 (2015) ·Zbl 1383.65092号 ·doi:10.1017/S0956792515000200
[32] Lee,HG,分数维空间反应扩散方程的二阶算子分裂傅里叶谱方法,J.Compute。申请。数学,333395-403(2018)·Zbl 1380.65305号 ·doi:10.1016/j.cam.2017.09.007
[33] Lee,JC,《热物理:熵和自由能》(2011),新加坡:世界科学出版社,新加坡·兹比尔1239.80001 ·数字对象标识代码:10.1142/8092
[34] Lee,S。;Lee,D.,具有六次势的分数阶Allen-Cahn方程,应用。数学。计算。,351, 176-192 (2019) ·Zbl 1428.82045号
[35] 李伟(Li,W.)。;Chen,W。;王,C。;Yan,Y。;He,R.,无斜率选择薄膜模型的二阶能量稳定线性方案,J.Sci。计算。,76, 3, 1905-1937 (2018) ·Zbl 1422.65399号 ·doi:10.1007/s10915-018-0693-y
[36] 李,C。;黄,Y。;Yi,N.,解Allen-Cahn方程的无条件能量稳定二阶有限元方法,J.Compute。申请。数学,353,2,38-48(2019)·Zbl 1419.65116号 ·doi:10.1016/j.cam.2018.12.024
[37] 李毅。;Guo,S.,使用修正Allen-Cahn方程的三周期极小曲面,Appl。数学。计算。,295, 84-94 (2017) ·Zbl 1411.82029号
[38] 李毅。;Jeong,D。;Kim,H。;Lee,C。;Kim,J.,Allen-Cahn和Cahn-Hilliard方程之间不同动力学的比较研究,计算。数学。申请。,77, 311-322 (2019) ·Zbl 1442.35202号 ·doi:10.1016/j.camwa.2018.09.034
[39] 刘,C。;王,C。;Wang,Y.,具有详细平衡的反应扩散方程的结构-守恒算子分裂格式,J.Compute。物理。,436, 110253, 1-22 (2021) ·Zbl 07513840号
[40] Long,J。;罗,C。;于清。;Li,Y.,三维Allen-Cahn方程的无条件稳定紧致四阶差分格式,计算。数学。申请。,77, 1042-1054 (2019) ·Zbl 1442.65171号 ·doi:10.1016/j.camwa.2018.10.028
[41] 马加莱蒂,F。;皮卡诺,F。;奇纳皮,M。;马里诺,L。;Casciola,CM,二元流体Cahn-Hilliard/Navier-Stokes模型的尖锐界面极限,流体力学杂志。,714, 95-126 (2013) ·Zbl 1284.76116号 ·doi:10.1017/jfm.2012.461
[42] X孟。;乔,Z。;王,C。;Zhang,Z.,无斜率选择外延薄膜模型的人工正则化参数分析,CSIAM-AM,1,3,441-462(2020)·doi:10.4208/csiam-am.2020-0015
[43] Pacard,F.,Allen-Cahn方程的几何方面,Mat.Contemp。,37, 91-122 (2009) ·Zbl 1223.35161号
[44] 钱,Y。;王,C。;Zhou,S.,具有空间相互作用的Poisson-Nernst-Planck-Cahn-Hilliard方程的正能量稳定数值格式,J.Comput。物理。,426, 109908, 1-17 (2021) ·Zbl 07510042号
[45] 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、 2016年4月28日至1691年(2010年)·Zbl 1201.65184号 ·doi:10.3934/dcds.2010.28.1669
[46] 凯斯勒,D。;诺切托,右侧;Schmidt,A.,Allen-Cahn问题的后验误差控制:规避Gronwall不等式,ESAIM:M2AN,38,1129-142(2004)·Zbl 1075.65117号 ·doi:10.1051/m2an:2004006
[47] 聪明,山猫;王,C。;Lowengrub,JS,相场晶体方程的能量稳定收敛有限差分格式,SIAM J.Numer。分析。,472269-2288(2009年)·Zbl 1201.35027号 ·doi:10.1137/080738143
[48] 杨,X.,Allen-Cahn方程稳定半隐式方法的误差分析,离散Contin。动态。系统。序列号。B、 11057-1070(2009年)·Zbl 1201.65170号
[49] 张,H。;严,J。;钱,X。;Song,S.,Allen-Cahn方程显式高阶保最大值原理积分因子Runge-Kutta格式的数值分析和应用,应用。数字。数学,161372-390(2021)·Zbl 07310823号 ·doi:10.1016/j.apnum.2020.11.022
[50] 王,C。;王,X。;Wise,SM,薄膜外延方程的无条件稳定格式,离散Contin。动态。系统。,28, 1, 405-423 (2010) ·Zbl 1201.65166号 ·doi:10.3934/dcds.2010.28.405
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