Maximum bound principle (MBP) is an important property for a large class of semilinear parabolic equations, in the sense that the time-dependent solution of the equation with appropriate initial and boundary conditions and nonlinear operator preserves for all time a uniform pointwise bound in absolute value. It has been a challenging problem on how to design unconditionally MBP-preserving high-order accurate time-stepping schemes for these equations. In this paper, we combine the integrating factor Runge-Kutta (IFRK) method with the linear stabilization technique to develop a stabilized IFRK (sIFRK) method, and successfully derive sufficient conditions for the proposed method to preserve MBP unconditionally in the discrete setting. We then elaborate some sIFRK schemes with up to the third-order accuracy, which are proven to be unconditionally MBP-preserving by verifying these conditions. In addition, it is shown that many classic strong stability-preserving sIFRK schemes do not satisfy these conditions except the first-order one. Extensive numerical experiments are also carried out to demonstrate the performance of the proposed method.


翻译:最大约束原则(MBP)是一大批半线性抛物线式半线性方程的重要属性,因为以适当的初始和边界条件和非线性操作员为等式的根据时间的解决方案在绝对值上始终保持一个统一的定点;对于如何为这些方程设计无条件的MBP-保全高序的准确时间档计划,这是一个具有挑战性的问题;在本文件中,我们将龙格-库塔(IFRK)集成因子(IFRK)法与线性稳定技术结合起来,以发展稳定的IFRK(SIK)法,并成功地为拟议的在离散环境中无条件保全MBP的方法创造充分的条件;然后,我们制定了一些最高为三线性精确度的SIFBK计划,通过核实这些条件证明这些条件是无条件的MBP-P-保全。此外,许多典型的强稳定性-保全SIFRK(IFRK)计划确实不符合这些条件,但第一级除外。还进行了广泛的数字实验,以证明拟议方法的性能。

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