In this paper, we study a time-fractional initial-boundary value problem of Kirchhoff type involving memory term for non-homogeneous materials. The energy argument is applied to derive the a priori bounds on the solution of the considered problem. Consequently, we prove the existence and uniqueness of the weak solution to the problem under consideration. We keep the time variable continuous and discretize the space domain using a conforming FEM to obtain the semi discrete formulation of the problem. The semi discrete error analysis is carried out by modifying the standard Ritz-Volterra projection operator. To obtain the numerical solution to the problem efficiently, we develop a new linearized L1 Galerkin FEM. This numerical scheme is shown to have a convergence rate of $O(h+k^{2-\alpha})$, where $\alpha~ (0<\alpha<1)$ is the fractional derivative exponent, $h$ and $k$ are the discretization parameters in the space and time directions respectively. Further, this convergence rate is improved in the time direction by proposing a novel linearized L2-1$_{\sigma}$ Galerkin FEM. We prove that this numerical scheme has an accuracy rate of $O(h+k^{2})$. Finally, a numerical experiment is conducted to validate our theoretical claims.


翻译:在本文中,我们研究了Kirchhoff类型中涉及非同质材料内存术语的时差初始界限值问题。 能量参数用于得出关于所考虑问题的解决方案的先导界限。 因此, 我们证明对所考虑的问题的薄弱解决方案的存在和独特性。 我们使用符合FEM的分解分解公式来保持空间域的时间变量连续和分解。 半离散错误分析是通过修改标准的 Ritz-Volterra 投影操作员来进行的。 为了高效率地获得这一问题的数值解决方案,我们开发了一个新的线性L1 Galerkin FEM。 这个数字方案显示, 美元(h+k ⁇ 2) -\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\

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