In this paper, a nonlinear system of fractional ordinary differential equations with multiple scales in time is investigated. We are interested in the effective long-term computation of the solution. The main challenge is how to obtain the solution of the coupled problem at a lower computational cost. We analysize a multiscale method for the nonlinear system where the fast system has a periodic applied force and the slow equation contains fractional derivatives as a simplication of the atherosclerosis with a plaque growth. A local periodic equation is derived to approximate the original system and the error estimates are given. Then a finite difference method is designed to approximate the original and the approximate problems. We construct four examples, including three with exact solutions and one following the original problem setting, to test the accuracy and computational efficiency of the proposed method. It is observed that, the computational time is very much reduced and the multiscale method performs very well in comparison to fully resolved simulation for the case of small time scale separation. The larger the time scale separation is, the more effective the multiscale method is.


翻译:在本文中,将调查一个非线性普通微分差方程式的非线性系统,该等方程式具有多种时间尺度。我们有兴趣对解决办法进行有效的长期计算。主要的挑战是如何以较低的计算成本找到共同问题的解决办法。我们为非线性系统分析一种多尺度方法,即快速系统有定期应用力,而缓慢方程式含有分解衍生物,以之作为代谢性硬化反应的副作用,并附有一个局部定期方程式,以接近原始系统和给出错误估计值。然后设计一个有限差法,以近似原始和近似问题。我们建造了四个例子,包括三个有精确解决办法的,一个是在最初问题设定之后,以测试拟议方法的准确性和计算效率。人们注意到,计算时间大大缩短,而多尺度方法在与完全解决的模拟相比,与小时间尺度分离的情况相比效果很好。时间尺度分离越大,多尺度方法就越有效。

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