In this paper, we study a second-order accurate and linear numerical scheme for the nonlocal Cahn-Hilliard equation. The scheme is established by combining a modified Crank-Nicolson approximation and the Adams-Bashforth extrapolation for the temporal discretization, and by applying the Fourier spectral collocation to the spatial discretization. In addition, two stabilization terms in different forms are added for the sake of the numerical stability. We conduct a complete convergence analysis by using the higher-order consistency estimate for the numerical scheme, combined with the rough error estimate and the refined estimate. By regarding the numerical solution as a small perturbation of the exact solution, we are able to justify the discrete $\ell^\infty$ bound of the numerical solution, as a result of the rough error estimate. Subsequently, the refined error estimate is derived to obtain the optimal rate of convergence, following the established $\ell^\infty$ bound of the numerical solution. Moreover, the energy stability is also rigorously proved with respect to a modified energy. The proposed scheme can be viewed as the generalization of the second-order scheme presented in an earlier work, and the energy stability estimate has greatly improved the corresponding result therein.


翻译:在本文中,我们研究了非本地Cahn-Hilliard方程式的第二顺序准确和线性数字方案,这个方案是结合时间离散的修改的Crank-Nicolson近似值和Adams-Bashforth外推法,将Fourier光谱同位法应用于空间离散化,另外,为了数字稳定性,增加了两个不同形式的稳定化条件;我们利用数字法的较高顺序一致性估计值,加上粗差估计值和经改进的估计值,进行了完全的趋同分析;关于数字法的数值解决办法,作为精确解决办法的一个小扰动,我们能够证明数字解决办法的离散值$/ell_infty$捆绑是正当的,这是粗差估计的结果;随后,根据确定的数字法的 $\ell ⁇ infty美元捆绑定值,得出了两种改进的差值,以取得最佳的趋同率;此外,能源稳定性也得到了严格的证明,在修改后的能源方面,拟议的办法可以视为先前的工作结果大大改进了。

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