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Cahn-Hilliard 模型的一类精细化隐式-显式 Runge-Kutta 方法,具有鲁棒的时间自适应性和无条件收敛性

数值分析 2024-12-11 v1 数值分析

摘要

验证隐式-显式 Runge-Kutta(IERK)方法用于相场方程的能量耗散律的主要障碍之一,是在不假设非线性体项具有全局 Lipschitz 连续性的条件下建立阶段解的一致有界性。借助离散正交卷积核,我们发展了一种更新的时空分裂技术,用于建立一类精细化 IERK 方法中阶段解的一致有界性,该方法中相关的微分矩阵和平均耗散率始终独立于时空离散网格。这使得精细化 IERK 方法在自适应时间推进过程中具有显著优势,因为实际模拟中可以采用更大的自适应步长。从优化平均耗散率的角度出发,我们构造了若干参数化的精细化 IERK 方法,精度最高达到三阶,其中隐式部分涉及的对角隐式 Runge-Kutta 方法具有显式的第一阶段,并允许二阶阶段阶,因此它们不一定是代数稳定的。由此,我们首次建立了原始的能量耗散律和无条件的 L2L^2 范数收敛性。大量的数值实验用于支持我们的理论。

关键词

引用

@article{arxiv.2412.07321,
  title  = {A class of refined implicit-explicit Runge-Kutta methods with robust time adaptability and unconditional convergence for the Cahn-Hilliard model},
  author = {Hong-lin Liao and Tao Tang and Xuping Wang and Tao Zhou},
  journal= {arXiv preprint arXiv:2412.07321},
  year   = {2024}
}

备注

26 pages, 21 figures