课题基金基金详情
非线性Cahn-Hilliard型方程自适应高阶稳定数值方法分析
结题报告
批准号:
11301167
项目类别:
青年科学基金项目
资助金额:
22.0 万元
负责人:
宋怀玲
依托单位:
学科分类:
A0504.微分方程数值解
结题年份:
2016
批准年份:
2013
项目状态:
已结题
项目参与者:
刘先霞、周金华、于红香、潘晴晴、李秋齐、钟嵘
国基评审专家1V1指导 中标率高出同行96.8%
结合最新热点,提供专业选题建议
深度指导申报书撰写,确保创新可行
指导项目中标800+,快速提高中标率
客服二维码
微信扫码咨询
中文摘要
强非线性、小参数、高阶偏微分方程的高效数值方法是科学计算领域的一个重大研究问题,涉及面广,模型众多。本项目以经典的Cahn-Hilliard模型方程为切入点,发展一类高阶无条件稳定、大时间步长、自适应的新型耦合数值方法,从格式构建、理论分析、计算实现三方面出发,主要研究:(1)Cahn-Hilliard方程的有限体积及紧致差分的IMEX-Runge-Kutta\Strong stability preserving稳定高阶方法的构造及理论分析;(2)Cahn-Hilliard方程的时空自适应方法的构造和理论分析。项目所提出的新方法具有时间步长大、稳定性强、计算量低、存储量小等优点,可以有效处理强非线性及小参数,可以满足大规模计算实际问题时对模拟精度和置信度的要求,实现高效高精度算法。
英文摘要
Efficient numerical method for strong nonlinear,small parameter, high-order partial differential equation is an important research field of scientific computing.This project is based on the classical Cahn-Hilliard model equation. A class of adaptive high-order methods of unconditionally stability, lager time-step will be proposed. The contents are as follows:(1) for the Cahn-Hilliard equation, the high-order lager time-step methods of FV\compact difference coupled with IMEX-Runge-Kutta\Strong stability preserving will be analyzed. (2) the space-time adaptive method will be given, and the theoretical analysis will be deduced. The methods in this project have some advantages: lager time-step, strong stability, low computational complexity, small storage capacity etc., and could effectively solve the problems with strong nonlinear, small parameter, high order partial differential equations. It might meet the simulation accuracy and reliability requirements of large-scale computing problems, and achieve high efficiency and high precision algorithm.
高阶偏微分方程的数值模拟是科学计算领域的重大研究问题之一。由于实际问题的复杂多变性,导致此类方程具有强非线性、小参数、高阶性等诸多难点。本项目以经典的Cahn-Hilliard模型方程为切入点,目的在于建立稳定实用高效的数值方法,并进行严格的理论分析。我们的研究内容和重要研究结果如下:(1)针对四阶Cahn-Hilliard方程,我们把高阶紧致差分格式与显隐Runge-Kutta\Strong stability preserving方法耦合,将前者应用到空间离散,后者应用到时间离散,处理Cahn-Hilliard方程的高阶性和小参数的影响。为了有效处理方程的强非线性,保证能量的衰减和格式的稳定性,利用能量泛函的凸凹分解技巧,采取合理的凸凹分裂划分隐式部分和显式部分,使非线性方程简化为离散的线性方程组,从而大大的减少实际计算工作量,提高运算的效率。给出了能量递减的理论证明和方法的稳定性分析;并进行了数值试验,与已有的方法进行比较分析,得到了理想的数值结果。(2)在大时间步长的显隐Runge-Kutta方法的基础之上,考虑自适应的数值方法。首先,借助稳定的显隐Runge-Kutta方法应用大的时间步长得到粗略的数值解;然后,应用Proper Orthogonal Decomposition (POD)构造新的基函数,进行降阶处理;应用Discrete Empirical Interpolation method (DEIM)处理方程中的非线性项;两种方法结合可以降低计算量,减少存储空间,大大提高数值计算的效率,得到更精细高效的数值解。项目所提出的新方法具有时间步长大、稳定性强、计算量低、存储量小等优点,可以有效处理强非线性及小参数,可以满足大规模计算实际问题时对模拟精度和置信度的要求,实现高效高精度算法。形成的论文相继发表在《Computers and Mathematics with Applications》、《Journal of Computational and Applied Mathematics》和《International Journal of Compute Mathematics》。
期刊论文列表
专著列表
科研奖励列表
会议论文列表
专利列表
DOI:10.1016/j.cam.2015.07.030
发表时间:2016-01
期刊:J. Comput. Appl. Math.
影响因子:--
作者:Huailing Song
通讯作者:Huailing Song
Convergence analysis of hybrid expanded mixed finite element method for elliptic equations
椭圆方程混合扩展混合有限元法的收敛性分析
DOI:10.1016/j.camwa.2014.08.017
发表时间:2014-11
期刊:Computers & Mathematics with Applications
影响因子:2.9
作者:宋怀玲
通讯作者:宋怀玲
A reduced order method for Allen-Cahn equations
Allen-Cahn 方程的降阶方法
DOI:10.1016/j.cam.2015.07.009
发表时间:2016-01
期刊:Journal of Computational and Applied Mathematics
影响因子:2.4
作者:Huailing Song;Lijian Jiang;Qiuqi Li
通讯作者:Qiuqi Li
Energy stable and large time-stepping methods for the Cahn–Hilliard equation
Cahn-Hilliard 方程的能量稳定和大时间步长方法
DOI:10.1080/00207160.2014.964694
发表时间:2015-10
期刊:International Journal of Computer Mathematics
影响因子:1.8
作者:宋怀玲
通讯作者:宋怀玲
不可压流相场耦合模型的稳定高阶数值方法研究
  • 批准号:
    2021JJ30084
  • 项目类别:
    省市级项目
  • 资助金额:
    0.0万元
  • 批准年份:
    2021
  • 负责人:
    宋怀玲
  • 依托单位:
相场模型问题的稳定性方法及其相关问题的天元数学交流项目
  • 批准号:
    11926204
  • 项目类别:
    数学天元基金项目
  • 资助金额:
    20.0万元
  • 批准年份:
    2019
  • 负责人:
    宋怀玲
  • 依托单位:
多孔介质油水驱动问题的高阶显隐LDG数值方法研究
  • 批准号:
    2018JJ2028
  • 项目类别:
    省市级项目
  • 资助金额:
    0.0万元
  • 批准年份:
    2018
  • 负责人:
    宋怀玲
  • 依托单位:
国内基金
海外基金