含弹性应变能的各向异性相场模型的指数时间差分方法

【目的】材料微结构中界面能异性和弹性应变能是产生各向异性的主要因素,本文主要研究含弹性应变能的各向异性相场模型的紧致指数时间差分方法。【方法】在紧致指数时间差分方法框架下引入了界面能异性和弹性应变能的计算,将界面能异性和弹性应变能归于指数时间差分方法的非线性项统一处理,为二者设计了算子分裂格式。【结果】从数学上证明了算子分裂格式能够保证能量稳定,并进行了镍基合金以及Zr的氢化物的材料腐蚀相场模型的数值实验,验证了含弹性应变能的各向异性相场模型的指数时间差分方法的能量稳定性。【局限】本文仅得到了指数时间差分方法的一阶和二阶求解格式,更高阶的求解格式有待进一步探索。【结论】设计了能量稳定的含弹性应变能的各向异性相场模型的指数时间差分方法。

指数时间差分方法在材料辐照损伤模拟计算中的应用

速率理论是一种用于模拟辐照诱导材料微观结构长时间演变过程的重要方法,其计算难点在于对大规模刚性的速率理论方程的数值求解。本文首次采用指数时间差分方法实现对速率理论方程的并行数值求解,分别给出了指数时间差分方法在热老化导致空洞演化和辐照诱导位错环演化模拟中的实现形式。测试结果证实了指数时间差分方法对大规模速率理论方程并行求解的可行性,有助于实现辐照诱导材料微结构长时演化行为的高效模拟。

解扩散方程的指数时间差分方法

指数时间差分方法是近年来提出求解刚性常微分方程的一种新的数值计算方法.指数时间差分方法是一种积分方法,而不是经典的差分方法.利用指数时间差分方法求解扩散方程,如一维拟线性对流扩散方程和Allen-Cahn扩散方程.扩散方程在空间方向离散后转化成刚性常微分方程.用显式指数时间差分方法和相应阶的显式Runge-Kutta方法求解刚性常微分方程.数值结果表明显式指数时间差分方法具有相同阶的显式Runge-Kutta方法相应的精度,稳定性显著提高,而且能很好地模拟扩散方程的演化行为.指数时间差分方法可用于刚性常微分方程的数值计算.

Sobolev临界指数的自由边界问题(英文)

本文是采用变分估计方法考虑一类椭圆方程在临界指数和自由边界条件下解的存在性问题。

分数阶反应扩散模型在图灵斑图中的应用及数值模拟

斑图是在空间或时间上具有某些规律性的非均匀宏观结构,是可以用反应扩散系统描述其图案形成的数学模型之一。反应扩散系统中,稳定状态会在某些条件下失稳,产生空间定态图纹,即图灵斑图。分数阶反应扩散系统可以用来描述反常扩散运动。通过分数阶拉普拉斯算子的谱分解进行线性稳定性分析,研究系统模型的图灵不稳定性,详细阐述分数阶图灵斑图的数学机制和二维分数阶Gierer-Meinhardt模型下斑图的形成机理。在数值计算中,采用了高效、高精度的数值格式,空间离散采用傅里叶谱方法,离散结果具有谱精度。时间离散采用四阶龙格库塔指数时间差分方法。在数值模拟方面,以分数阶Gierer-Meinhardt模型为例,发现系统可以通过控制分数阶阶数的变化生成斑图,并验证了之前的理论结果。