Efficient multiple time-stepping algorithms of higher order

Efficient multiple time-stepping algorithms of higher order
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高效的高阶多时间步长算法

DOI:
10.1016/j.jcp.2015.01.018
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发表时间:
2015
期刊:
J. Comput. Phys.
影响因子:
--
通讯作者:
M. Hochbruck
M. Hochbruck
中科院分区:
--
文献类型:
--
作者:
A. Demirel;J. Niegemann;K. Busch;M. Hochbruck

文献摘要

参考文献

被引文献

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多时间步长(MTS)算法允许有效地集成大型常微分方程系统,其中一些刚性项限制了非刚性系统的时间步长。在这项工作中,我们讨论了灵活的MTS技术类,基于多步法。我们的方法包含几个流行的方法作为特殊情况下,它允许方便地构造新颖而有效的高阶MTS计划。此外,我们演示了如何适应非刚性时间积分的稳定性轮廓的物理系统在手。与先前已知的多步MTS方法相比,这允许显著更大的时间步长。作为一个例子,我们推导出新的预测-校正(PCMTS)计划专门优化的阻尼波方程的时间积分局部细化网格。在一组数值实验中,我们证明了我们的计划上的不连续Galerkin时域(DGTD)模拟的麦克斯韦方程的性能。
Multiple time-stepping (MTS) algorithms allow to efficiently integrate large systems of ordinary differential equations, where a few stiff terms restrict the timestep of an otherwise non-stiff system. In this work, we discuss a flexible class of MTS techniques, based on multistep methods. Our approach contains several popular methods as special cases and it allows for the easy construction of novel and efficient higher-order MTS schemes. In addition, we demonstrate how to adapt the stability contour of the non-stiff time-integration to the physical system at hand. This allows significantly larger timesteps when compared to previously known multistep MTS approaches. As an example, we derive novel predictor–corrector (PCMTS) schemes specifically optimized for the time-integration of damped wave equations on locally refined meshes. In a set of numerical experiments, we demonstrate the performance of our scheme on discontinuous Galerkin time-domain (DGTD) simulations of Maxwell's equations.
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