In this paper, we study numerical methods for solving the coupled Allen-Cahn/Cahn-Hilliard system associated with a free energy functional of logarithmic type. To tackle the challenge posed by the special free energy functional, we propose a method to approximate the discrete variational derivatives in polynomial forms, such that the corresponding finite difference scheme is unconditionally energy stable and the energy dissipation law is maintained. To further improve the performance of the algorithm, a modified adaptive time stepping strategy is adopted such that the time step size can be flexibly controlled based on the dynamical evolution of the problem. To achieve high performance on parallel computers, we introduce a domain decomposition based, parallel Newton-Krylov-Schwarz method to solve the nonlinear algebraic system constructed from the discretization at each time step. Numerical experiments show that the proposed algorithm is second-order accurate in both space and time, energy stable with large time steps, and highly scalable to over ten thousands processor cores on the Sunway TaihuLight supercomputer.


翻译:在本文中,我们研究了解决与对数类型自由能源功能相关的Allen-Cahn/Cahn-Hilliard相伴的Allen-Cahn-Hilliard系统的数字方法。为了应对特殊自由能源功能带来的挑战,我们提出了一种方法,以多元形式将离线变异衍生物相近,使相应的有限差异方案无条件保持能源稳定,并维持能量消散法。为了进一步改善算法的性能,采用了经修改的适应性时间步调战略,以便根据问题的动态演进灵活控制时间步数。为了在平行计算机上实现高性能,我们引入了基于平行的牛顿-克里洛夫-Schwarz法的域分解位法,用以解决从离裂中构建的非线性变异源系统。数字实验显示,拟议的算法在空间和时间上都是第二阶次精确的,能量稳定,并且高度可伸缩到太阳太光线超计算机上超过10 000个处理器核心。

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