×

二阶半线性波动方程的隐式显式时间离散格式及其在动态边界条件中的应用。 (英语) Zbl 1464.65086号

数字。数学。 147,第4号,869-899(2021); 更正同上,第147号,第4,901(2021)。
摘要:我们构造并分析了半线性二阶波动方程时间积分的二阶隐式显式(IMEX)格式。该方案隐式处理问题的刚性线性部分,显式处理非线性部分。这使得该方案无条件稳定,同时也非常有效,因为它只需要每个时间步长解一个线性方程组。对于IMEX格式与一般、抽象、非协调空间离散化的组合,我们证明了完全离散化误差界。然后,我们将该方法应用于具有动力学边界条件的声波方程的非协调有限元离散。这产生了一个完全离散的方案和相应的先验误差估计。

MSC公司:

6500万06 含偏微分方程初值和初边值问题的有限差分方法
65N30型 含偏微分方程边值问题的有限元、Rayleigh-Ritz和Galerkin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
65岁15岁 涉及PDE的初值和初边值问题的误差界
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
65J08型 抽象演化方程的数值解
2005年第76季度 水力和气动声学
35克35 与流体力学相关的PDE

软件:

交易.ii
PDF格式BibTeX公司 XML格式引用
全文: 内政部

参考文献:

[1] Akrivis,G。;克鲁泽克斯,M。;Makridakis,C.,拟线性抛物方程的隐式-显式多步方法,数值。数学。,82, 4, 521-541 (1999) ·Zbl 0936.65118号 ·doi:10.1007/s002110050429
[2] 阿恩特,D。;班格思,W。;布莱斯,B。;Clevenger,TC;费林,M。;格雷弗,AV;Heister,T。;赫尔泰,L。;克伦比克勒,M。;迈尔,M。;Munch,P。;佩尔特,JP;R.拉斯塔克。;托马斯,I。;Turcksin,B。;王,Z。;Wells,D.,交易。II库,9.2版,J.Numer。数学。,28, 3, 131-146 (2020) ·Zbl 1452.65222号 ·doi:10.1515/jnma-2020年-0043
[3] 阿舍尔,UM;Ruuth,SJ;Spiteri,RJ,含时偏微分方程的隐式显式Runge-Kutta方法,应用。数字。数学。,25, 2-3, 151-167 (1997) ·Zbl 0896.65061号 ·doi:10.1016/S0168-9274(97)00056-1
[4] 阿舍尔,UM;Ruuth,SJ;Wetton,BTR,含时偏微分方程的隐式显式方法,SIAM J.Numer。分析。,32, 3, 797-823 (1995) ·Zbl 0841.65081号 ·doi:10.1137/0732037
[5] 班杰斯,W。;哈特曼,R。;Kanschat,G.交易。II-通用面向对象有限元库,ACM Trans。数学。柔和。(2007) ·Zbl 1365.65248号 ·doi:10.1145/1268776.1268779
[6] Boscarino,S.,从微分代数系统导出的IMEX Runge-Kutta方法的误差分析,SIAM J.Numer。分析。,45, 4, 1600-1621 (2007) ·Zbl 1152.65088号 ·数字对象标识代码:10.1137/060656929
[7] Elliott,CM;Ranner,T.,耦合体-表面偏微分方程的有限元分析,IMA J.Numer。分析。,33, 2, 377-402 (2013) ·Zbl 1271.65138号 ·doi:10.1093/imanum/drs022
[8] Frank,J。;亨茨多夫,W。;Verwer,JG,关于隐式-显式线性多步方法的稳定性,应用。数字。数学。,25, 2-3, 193-205 (1997) ·Zbl 0887.65094号 ·doi:10.1016/S0168-9274(97)00059-7
[9] DJ加德纳;圭拉,JE;FP哈蒙;雷诺兹,DR;宾夕法尼亚州乌尔里奇;Woodward,CS,非静力大气模型的隐式显式(IMEX)Runge-Kutta方法,Geosci。模型开发,11,4,1497(2018)·doi:10.5194/gmd-11-1497-2018年
[10] Goldstein,GR,《一般边界条件的推导和物理解释》,Adv.Differ。Equ.、。,11, 4, 457-480 (2006) ·Zbl 1107.35010号
[11] Hipp,D.:应用于动态边界条件的波型方程空间离散化的统一误差分析。卡尔斯鲁厄理工学院博士论文(2017年)。https://publikationen.libliothek.kit.edu/100070952
[12] 希普博士。;Hochbruck先生。;Stohrer,C.,波动型方程非协调空间离散化的统一误差分析,IMA J.Numer。分析。,391206-1245(2019)·Zbl 1466.65135号 ·doi:10.1093/imanum/dry036
[13] Hochbruck先生。;Leibold,J.,带动力学边界条件的半线性声波方程的有限元离散化,电子。事务处理。数字。分析。,53, 522-540 (2020) ·Zbl 1443.65204号 ·doi:10.1553/etnavol53s522
[14] Hochbruck先生。;Sturm,A.,线性麦克斯韦方程二阶局部隐式方法的误差分析,SIAM J.Numer。分析。,54, 5, 3167-3191 (2016) ·Zbl 1457.65111号 ·数字对象标识代码:10.1137/15M1038037
[15] 亨茨多夫,W。;Ruuth,SJ,具有一般单调性和有界性的线性多步方法的IMEX扩展,J.Compute。物理。,225, 2, 2016-2042 (2007) ·Zbl 1123.65068号 ·doi:10.1016/j.jcp.2007.03.003
[16] 卡迪奥格鲁,SY;诺尔,DA;罗伊,RB;Rauenzahn,RM,辐射流体力学的二阶自洽IMEX方法,J.Compute。物理。,229, 22, 8313-8332 (2010) ·Zbl 1381.76262号 ·doi:10.1016/j.jcp.2010.07.019
[17] 莱顿,W。;李毅。;Trenchea,C.,进化方程系统带时间滤波器的IMEX方法的最新发展,J.Compute。申请。数学。,299, 50-67 (2016) ·Zbl 1333.65100号 ·doi:10.1016/j.cam.2015.09.038
[18] 莱顿,W。;Trenchea,C.,两种IMEX方法的稳定性,CNLF和BDF2-AB2,用于解耦演化方程系统,应用。数字。数学。,62, 2, 112-120 (2012) ·Zbl 1237.65101号 ·doi:10.1016/j.apnum.2011.10.006
[19] Leibold,J.:半线性Wellengleichungen mit dynamichen Randbedingen。卡尔斯鲁厄理工学院硕士论文(2017)。http://na.math.kit.edu/download/thesis/2017-Leibold.pdf
[20] Lemieux,JF;诺尔,DA;Losch,M。;Girard,C.,海冰动力学的二阶实时精确IMplicit-EXplicit(IMEX)积分方案,J.Compute。物理。,263, 375-392 (2014) ·Zbl 1349.86006号 ·doi:10.1016/j.jcp.2014.01.010
[21] Vitillaro,E.:具有动力学边界条件的波动方程的强解。In:非线性偏微分方程的最新趋势。I.进化问题,Contemp。数学。,第594卷,第295-307页。美国数学。Soc.Providence,RI(2013年)。doi:10.1090/conm/594/11793·Zbl 1329.35186号
[22] van Zuijlen,AH;Bijl,H.,结构动力学和流体-结构相互作用计算的隐式和显式高阶时间积分格式,计算。结构。,83, 2-3, 93-105 (2005) ·doi:10.1016/j.compstruc.2004.06.003
此参考列表基于出版商或数字数学图书馆提供的信息。其项与zbMATH标识符进行启发式匹配,可能包含数据转换错误。在某些情况下,zbMATH Open的数据对这些数据进行了补充/增强。这试图尽可能准确地反映原始论文中列出的参考文献,而不要求完整或完全匹配。