Collaborative Research: Overcoming Order Reduction and Stability Restrictions in High-Order Time-Stepping

协作研究:克服高阶时间步长中的阶数降低和稳定性限制

基本信息

  • 批准号:
    1719637
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 12.33万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    美国
  • 项目类别:
    Standard Grant
  • 财政年份:
    2017
  • 资助国家:
    美国
  • 起止时间:
    2017-08-01 至 2021-07-31
  • 项目状态:
    已结题

项目摘要

This project develops new computational approaches that remedy fundamental accuracy shortcomings of existing time-stepping methods, and increase their stability and robustness. A wide variety of practical applications, including fluid flows, quantum physics, heat and neutron transport, materials science, and many complex multi-physics problems, require the numerical simulation of models that involve a time evolution. This time evolution must be performed in a way that the high accuracy of modern computational methods is retained. This project addresses fundamental challenges that arise in this context, and delivers superior numerical methods that could replace existing time-stepping schemes currently used in computational science and engineering practice. This project provides a multi-institution collaboration, including two early-career researchers, and it involves the training of a PhD student.The research in this project addresses two aspects in high-order time-stepping: order reduction in Runge-Kutta methods; and unconditionally stable ImEx linear multistep methods. A specific focus lies on time-stepping for partial differential equations. For those, order reduction can be associated with numerical boundary layers, caused by multi-stage time-stepping schemes. Based on this geometric understanding of the phenomenon, remedies for order reduction are developed. This includes the concept of weak stage order, as well as modified boundary conditions. An alternative avenue to avoid order reduction is provided by multistep methods. The key challenge here is their rather restrictive stability behavior. Based on a new stability theory for ImEx multistep methods, this project develops novel schemes that can, for certain problems, achieve unconditional stability. The new schemes can be included into many existing computational codes via a simple modification of the time-stepping coefficients, thus enabling practitioners to select the time step based solely on accuracy considerations.
该项目开发了新的计算方法,可以弥补现有时间步进方法的基本精度缺陷,并提高其稳定性和鲁棒性。各种实际应用,包括流体流动、量子物理、热和中子传输、材料科学以及许多复杂的多物理问题,都需要对涉及时间演化的模型进行数值模拟。这种时间演化必须以保留现代计算方法的高精度的方式进行。该项目解决了在这种情况下出现的基本挑战,并提供了卓越的数值方法,可以取代当前在计算科学和工程实践中使用的现有时间步进方案。该项目提供了多机构合作,包括两名早期职业研究人员,并涉及一名博士生的培训。该项目的研究解决了高阶时间步长的两个方面:龙格-库塔方法的阶数降低;和无条件稳定的 ImEx 线性多步方法。特别关注偏微分方程的时间步长。对于这些,降阶可能与多阶段时间步进方案引起的数值边界层相关。基于对这种现象的几何理解,我们开发了降阶的补救措施。这包括弱阶段顺序的概念以及修改的边界条件。多步骤方法提供了避免订单减少的替代途径。这里的关键挑战是它们相当有限的稳定性行为。基于 ImEx 多步方法的新稳定性理论,该项目开发了新颖的方案,可以针对某些问题实现无条件稳定性。通过对时间步长系数的简单修改,新方案可以被纳入许多现有的计算代码中,从而使从业者能够仅根据精度考虑来选择时间步长。

项目成果

期刊论文数量(10)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(0)
A toy model for detonations and flames
爆炸和火焰的玩具模型
Unconditional Stability for Multistep ImEx Schemes: Theory
  • DOI:
    10.1137/16m1094324
  • 发表时间:
    2016-09
  • 期刊:
  • 影响因子:
    0
  • 作者:
    R. Rosales;Benjamin Seibold;D. Shirokoff;Dong Zhou
  • 通讯作者:
    R. Rosales;Benjamin Seibold;D. Shirokoff;Dong Zhou
Collective vibrations of a hydrodynamic active lattice
  • DOI:
    10.1098/rspa.2020.0155
  • 发表时间:
    2020-03
  • 期刊:
  • 影响因子:
    0
  • 作者:
    Stuart J. Thomson;Matthew Durey;R. Rosales
  • 通讯作者:
    Stuart J. Thomson;Matthew Durey;R. Rosales
Discrete and periodic complex Ginzburg-Landau equation for a hydrodynamic active lattice
流体动力活性晶格的离散周期复数 Ginzburg-Landau 方程
  • DOI:
    10.1103/physreve.103.062215
  • 发表时间:
    2021
  • 期刊:
  • 影响因子:
    2.4
  • 作者:
    Thomson, Stuart J.;Durey, Matthew;Rosales, Rodolfo R.
  • 通讯作者:
    Rosales, Rodolfo R.
Imposing jump conditions on nonconforming interfaces for the Correction Function Method: A least squares approach
在校正函数方法的不合格接口上施加跳跃条件:最小二乘法
  • DOI:
    10.1016/j.jcp.2019.108869
  • 发表时间:
    2019
  • 期刊:
  • 影响因子:
    4.1
  • 作者:
    Marques, Alexandre Noll;Nave, Jean-Christophe;Rosales, Rodolfo Ruben
  • 通讯作者:
    Rosales, Rodolfo Ruben
{{ item.title }}
{{ item.translation_title }}
  • DOI:
    {{ item.doi }}
  • 发表时间:
    {{ item.publish_year }}
  • 期刊:
  • 影响因子:
    {{ item.factor }}
  • 作者:
    {{ item.authors }}
  • 通讯作者:
    {{ item.author }}

数据更新时间:{{ journalArticles.updateTime }}

{{ item.title }}
  • 作者:
    {{ item.author }}

数据更新时间:{{ monograph.updateTime }}

{{ item.title }}
  • 作者:
    {{ item.author }}

数据更新时间:{{ sciAawards.updateTime }}

{{ item.title }}
  • 作者:
    {{ item.author }}

数据更新时间:{{ conferencePapers.updateTime }}

{{ item.title }}
  • 作者:
    {{ item.author }}

数据更新时间:{{ patent.updateTime }}

Rodolfo Rosales其他文献

Trans-border worker citizens: Hemispheric labor and the many faces of citizenship
  • DOI:
    10.1057/lst.2013.29
  • 发表时间:
    2013-12-10
  • 期刊:
  • 影响因子:
    0.900
  • 作者:
    Rodolfo Rosales
  • 通讯作者:
    Rodolfo Rosales

Rodolfo Rosales的其他文献

{{ item.title }}
{{ item.translation_title }}
  • DOI:
    {{ item.doi }}
  • 发表时间:
    {{ item.publish_year }}
  • 期刊:
  • 影响因子:
    {{ item.factor }}
  • 作者:
    {{ item.authors }}
  • 通讯作者:
    {{ item.author }}

{{ truncateString('Rodolfo Rosales', 18)}}的其他基金

Collaborative Research: Gradient-augmented level set methods and jet schemes
合作研究:梯度增强水平集方法和喷射方案
  • 批准号:
    1318942
  • 财政年份:
    2013
  • 资助金额:
    $ 12.33万
  • 项目类别:
    Continuing Grant
Collaborative Research: Numerical approaches for incompressible viscous flows with high order accuracy up to the boundary
合作研究:不可压缩粘性流的数值方法,具有高阶精度直至边界
  • 批准号:
    1115278
  • 财政年份:
    2011
  • 资助金额:
    $ 12.33万
  • 项目类别:
    Standard Grant
Collaborative Research: Phantom traffic jams, continuum modeling, and connections with detonation wave theory
合作研究:虚拟交通堵塞、连续介质建模以及与爆震波理论的联系
  • 批准号:
    1007967
  • 财政年份:
    2010
  • 资助金额:
    $ 12.33万
  • 项目类别:
    Standard Grant
Capturing subgrid structures with level set methods
使用水平集方法捕获子网格结构
  • 批准号:
    0813648
  • 财政年份:
    2008
  • 资助金额:
    $ 12.33万
  • 项目类别:
    Continuing Grant
New Challenges in Aggregation Kinetics
聚集动力学的新挑战
  • 批准号:
    0703937
  • 财政年份:
    2007
  • 资助金额:
    $ 12.33万
  • 项目类别:
    Standard Grant
Nonlinear Wave Interactions
非线性波相互作用
  • 批准号:
    9802713
  • 财政年份:
    1998
  • 资助金额:
    $ 12.33万
  • 项目类别:
    Continuing Grant
Mathematical Sciences: Nonlinear Hyperbolic and Dispersive Waves
数学科学:非线性双曲波和色散波
  • 批准号:
    9311438
  • 财政年份:
    1993
  • 资助金额:
    $ 12.33万
  • 项目类别:
    Continuing Grant
U.S.-Argentina Cooperative Research: Catastrophic Instabilities in Square Wave Detonations
美国-阿根廷合作研究:方波爆炸中的灾难性不稳定性
  • 批准号:
    9016555
  • 财政年份:
    1991
  • 资助金额:
    $ 12.33万
  • 项目类别:
    Standard Grant
Mathematical Sciences: Waves in Nonlinear Dispersive and Hyperbolic Systems
数学科学:非线性色散和双曲系统中的波
  • 批准号:
    9008520
  • 财政年份:
    1990
  • 资助金额:
    $ 12.33万
  • 项目类别:
    Continuing Grant
Mathematical Sciences: Waves in Nonlinear Dispersive and Hyperbolic Systems
数学科学:非线性色散和双曲系统中的波
  • 批准号:
    8702625
  • 财政年份:
    1987
  • 资助金额:
    $ 12.33万
  • 项目类别:
    Continuing Grant

相似国自然基金

Research on Quantum Field Theory without a Lagrangian Description
  • 批准号:
    24ZR1403900
  • 批准年份:
    2024
  • 资助金额:
    0.0 万元
  • 项目类别:
    省市级项目
Cell Research
  • 批准号:
    31224802
  • 批准年份:
    2012
  • 资助金额:
    24.0 万元
  • 项目类别:
    专项基金项目
Cell Research
  • 批准号:
    31024804
  • 批准年份:
    2010
  • 资助金额:
    24.0 万元
  • 项目类别:
    专项基金项目
Cell Research (细胞研究)
  • 批准号:
    30824808
  • 批准年份:
    2008
  • 资助金额:
    24.0 万元
  • 项目类别:
    专项基金项目
Research on the Rapid Growth Mechanism of KDP Crystal
  • 批准号:
    10774081
  • 批准年份:
    2007
  • 资助金额:
    45.0 万元
  • 项目类别:
    面上项目

相似海外基金

Collaborative Research: Understanding and overcoming the impediments to high-risk, high-return science
合作研究:理解并克服高风险、高回报科学的障碍
  • 批准号:
    2346644
  • 财政年份:
    2024
  • 资助金额:
    $ 12.33万
  • 项目类别:
    Standard Grant
Collaborative Research: Understanding and overcoming the impediments to high-risk, high-return science
合作研究:理解并克服高风险、高回报科学的障碍
  • 批准号:
    2346645
  • 财政年份:
    2024
  • 资助金额:
    $ 12.33万
  • 项目类别:
    Standard Grant
Collaborative Research: Overcoming Isolation and Scholarly Devaluation by Bolstering the Collective Agency of Black Discipline-Based Education Researchers
合作研究:通过支持黑人学科教育研究人员的集体机构来克服孤立和学术贬值
  • 批准号:
    2315023
  • 财政年份:
    2023
  • 资助金额:
    $ 12.33万
  • 项目类别:
    Standard Grant
Collaborative Research: Overcoming Isolation and Scholarly Devaluation by Bolstering the Collective Agency of Black Discipline-Based Education Researchers
合作研究:通过支持黑人学科教育研究人员的集体机构来克服孤立和学术贬值
  • 批准号:
    2315024
  • 财政年份:
    2023
  • 资助金额:
    $ 12.33万
  • 项目类别:
    Standard Grant
D3SC: Collaborative Research: Overcoming Challenges in Classification Near the Limit of Determination
D3SC:协作研究:克服接近确定极限的分类挑战
  • 批准号:
    2003867
  • 财政年份:
    2020
  • 资助金额:
    $ 12.33万
  • 项目类别:
    Standard Grant
D3SC: Collaborative Research: Overcoming Challenges in Classification Near the Limit of Determination
D3SC:协作研究:克服接近确定极限的分类挑战
  • 批准号:
    2003839
  • 财政年份:
    2020
  • 资助金额:
    $ 12.33万
  • 项目类别:
    Standard Grant
EARS: Collaborative Research: Overcoming Propagation Challenges at Millimeter-Wave Frequencies via Reconfigurable Antennas
EARS:协作研究:通过可重构天线克服毫米波频率的传播挑战
  • 批准号:
    2029973
  • 财政年份:
    2020
  • 资助金额:
    $ 12.33万
  • 项目类别:
    Standard Grant
EAGER: AI-DCL: Collaborative Research: Understanding and Overcoming Biases in STEM Education using Machine Learning
EAGER:AI-DCL:协作研究:利用机器学习理解和克服 STEM 教育中的偏见
  • 批准号:
    1926925
  • 财政年份:
    2019
  • 资助金额:
    $ 12.33万
  • 项目类别:
    Standard Grant
EAGER: AI-DCL: Collaborative Research: Understanding and Overcoming Biases in STEM Education Using Machine Learning
EAGER:AI-DCL:协作研究:利用机器学习理解和克服 STEM 教育中的偏见
  • 批准号:
    1926930
  • 财政年份:
    2019
  • 资助金额:
    $ 12.33万
  • 项目类别:
    Standard Grant
EAGER AI-DCL Collaborative Research: Understanding and Overcoming Biases in STEM Education Using Machine Learning
EAGER AI-DCL 合作研究:利用机器学习理解和克服 STEM 教育中的偏见
  • 批准号:
    1926929
  • 财政年份:
    2019
  • 资助金额:
    $ 12.33万
  • 项目类别:
    Standard Grant
{{ showInfoDetail.title }}

作者:{{ showInfoDetail.author }}

知道了