Computation· 2026Q2
Tek Boyutlu Doğrusal Olmayan Kesirli Dalgaların Zayıflayan Ortamlarda Hızlı Spektral Simülasyonu
Fast Spectral Simulation of One-Dimensional Nonlinear Fractional Waves in Attenuating Media
- 1atıf
- Q2SCImago
- 2026yıl
Kısa özet
Legendre–Gauss–Lobatto yerleşimini ve doğrusal örtük L1 şemasını kullanan yeni bir spektral yöntem, üstel toplam (SOE) yaklaşımıyla birleştiğinde, Caputo sönümlemeli 1B doğrusal olmayan kesirli dalgaların simülasyonu için bellek maliyetini ~60 kat azaltır ve uzayda spektral doğruluk ile 2-α zamansal oranını elde eder.
Yapay zekâ ile başlık ve abstract'tan üretildi; tam metin okunmaz.
Ana noktalar
- Caputo sönümlemeli 1B doğrusal olmayan kesirli dalgalar için Legendre–Gauss–Lobatto yerleşimi ve doğrusal örtük L1 şemasını birleştiren bir spektral yöntem tanıtıldı.
- Üstel toplam (SOE) yaklaşımı, bellek maliyetini O(Nt^2)'den O(NeNt)'ye düşürerek bellek değerlendirmesinde yaklaşık 60 kat hızlanma sağlar.
- Kesin aritmetikte koşullu kararlılık ve O(τ^(2-α) + N^(1-m) + εSOE) mertebesinde bir hata sınırı kanıtlandı.
- Deneyler, uzayda spektral doğruluğu ve α=0.5 ve 0.7 için 2-α zamansal oranını doğrulamaktadır.
- Kararlılık ve hata kanıtlarının cebirsel çekirdeği Lean 4'te makine tarafından kontrol edilmiştir.
Yapay zekâ ile başlık ve abstract'tan üretildi; tam metin okunmaz.
Özet (abstract)
Wave equations with Caputo fractional damping produce power-law attenuation, but their non-local memory term is costly, and stability proofs for nonlinear variants involve long, error-prone algebra. We discretise a one-dimensional wave equation with Caputo damping of order α ∈ (0, 1) and a cubic nonlinearity by Legendre–Gauss–Lobatto collocation in space and a linearly implicit three-level L1 scheme in time. A sum-of-exponentials (SOE) approximation with a certified uniform relative accuracy reduces the memory cost from O(Nt2) to O(NeNt), with Ne growing logarithmically. Without relying on a sign of the discrete memory form, we prove, in exact arithmetic, a conditional stability estimate whose step-size restriction is independent of the polynomial degree and the time unit, and, under step-size and smallness conditions, an error bound of order τ2−α + N1−m + εSOE for smooth solutions. The algebraic core of both proofs, but not the approximation theory, is machine-checked in Lean 4. The strongly nonlinear computations violate the step-size condition; their stability is observed, not proved. The experiments confirm spectral accuracy in space and the temporal rate 2 − α for α = 0.5 and 0.7, and the memory evaluation becomes almost 60 times faster. For damping calibrated to a prescribed quality factor, the quality factor measured from synthetic seismograms agrees with the dispersion relation to within 0.5% between 5 and 20 Hz. An extension to Caputo’s constitutive model reproduces a nearly constant quality factor.
Yazarların özeti; kaynağından alınmıştır. Computation, 2026 · DOI ↗
Ücretsiz hesapla devam et
Makaleye Sor ile bu makaleye günde 3 soru ücretsiz; makaleyi kaydet, kaynakçasını al, ilgi alanına göre her gün yeni özetler. Çıkarımlar Premium.
Web'de ücretsiz devam etGoogle ya da Apple hesabınla giriş; kart istemez. Bu makaleye geri dönersin.
Telefonda:
Alan: Modelleme ve Simülasyon
Modeling and SimulationMathematics