Análise numérica da equação de Allen-Cahn
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Universidade Federal de Minas Gerais
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Tipo
Dissertação de mestrado
Título alternativo
Numerical analysis of the Allen-Cahn equation
Primeiro orientador
Membros da banca
Jean Carlos da Silva
Luiz Gustavo Farah Dias
Luiz Gustavo Farah Dias
Resumo
Neste trabalho, iremos estudar a equação de Allen-Cahn ut = Δu − ϵ−2f(u). Começaremos
analisando a boa colocação do problema de valor de fronteira induzido
por esta equação, com condições de fronteira de Neumann. Também mostraremos
algumas propriedades da solução, como o Princípio do Máximo. Em seguida, iremos
partir para a análise numérica. Mostraremos que um esquema semi-implícito de discretização
no tempo é incondicionalmente estável e apresenta um erro que cresce de
forma polinomial em ϵ−1 desde que o passo de tempo satisfaça algumas hipóteses.
Por fim, iremos introduzir uma discretização espacial por elementos finitos e mostrar
que, com algumas adaptações nos argumentos, também é possível obter uma
estimativa de erro com dependência polinomial em ϵ−1.
Abstract
In the following thesis, we will study the Allen-Cahn equation ut = Δu − ϵ−2f(u).
We will begin by showing the well-posedness of the boundary value problem induced
by this equation with Neumann boundary conditions. In addition, we will prove that
its solution satisfies a Maximum Principle and some regularity proprieties. Next,
we will move to the numerical analysis and study a semi-implicit discretization in
time, showing that it is unconditionally stable and that its error grows only polinomially
in ϵ−1 if the time-step satisfies some hypothesis. Finally, we will introduce a
spatial discretization, using the finite element method, and show that, with certain
adaptations in the arguments, it is also possible to obtain an error estimative that
depends only polinomially in ϵ−1.
Assunto
Matemática – Teses, Análise Numérica – Teses, Método dos elementos finitos – Teses
Palavras-chave
Equação de Allen-Cahn, Existência e Unicidade, Análise Numérica, Método dos Elementos Finitos
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