Cahn-Hilliard方程的高精度数值方法

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Cahn-Hilliard方程是一类重要的四阶非线性扩散方程,此类方程很难求得解析解,只能借助于数值方法来求它的近似解。此方程具有很强的非线性性质,解对初值是敏感的,数值方法也不容易得到结果。本文主要讨论Cahn-Hilliard方程的数值解法。主要内容如下: 我们首先在引言部分介绍了Cahn-Hilliard方程的应用背景,总结了国内外学者的研究工作现状,简要介绍了本文工作的主要思路,把理论分析所需要的基本知识进行了概述。 正文部分,分为三章来分别研究Cahn-Hilliard方程和扩展的Cahn-Hilliard方程(EOM方程组)初边值问题的高精度方法。 首先在第二章对一维Cahn-Hilliard方程用B样条Galerkin方法进行离散,建立解此方程的离散有限元格式,证明了此格式保有该方程的两个重要性质:总能量非增性和质量守恒性。由Sobolev引理证明在最大值范数意义下解是有界的,进而给出有限元解的稳定性分析,得到误差阶是O(h4+T2)的L2范数误差估计。 第三章分别构造了解Cahn-Hilliard方程两层和三层紧差分格式,两种格式同样保有原方程的质量守恒性质,利用归纳假设的方法进行了稳定性和收敛性分析,得到的近似解的离散L2范数O(h4+T2)阶误差估计式。 第四章对描述相分离现象的另一种方程,也是Cahn-Hilliard方程的扩展形式-EOM方程组用B样条Galerkin方法近似求解,并根据能量法对近似解进行了稳定性和收敛性分析。
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