Mehrskalendynamik hysteretischer Phasengrenzen in zeitdiskreten Vorwärts-Rückwärts-Diffusionsgleichungen
Wir betrachten eine schlecht gestellte Diffusionsgleichung mit bistabiler Nichtlinearität und studieren die Dynamik von Phasengrenzen. Zu diesem Zweck führen wir ein zeitdiskretes Schema für Single-Interface-Daten ein, das sowohl die viskose Regularisierung als auch den Sharp-Interface-Limes abdeckt. Letzterer kombiniert die sogenannte Bulk-Diffusion mit der klassischen Stefan-Bedingung und einer hysteretischen Fließregel, die zwischen stehenden und sich bewegenden Phasengrenzen unterscheidet. Das erste Hauptresultat liefert die Existenz hysteretischer Single-Interface-Lösungen für das Limesmodell, wohingegen das zweite ein analoges Ergebnis für die viskose Regularisierung sicherstellt. Die wesentliche Schwierigkeit besteht in beiden Fällen in der Kontrolle des makroskopischen Einflusses der mikroskopischen Fluktuationen, die durch sich bewegende Phasengrenzen erzeugt werden. Außerdem präsentieren wir numerische Simulationen.
We consider an ill-posed diffusion equation with bistable nonlinearity and study the dynamics of phase interfaces. To this end we introduce a time-discrete scheme for single-interface data which approximates both the viscous regularization and its sharp-interface limit. The latter combines bulk diffusion with the classical Stefan condition and a hysteretic flow rule that distinguishes between standing and moving phase boundaries. Our first main theorem concerns the limit of vanishing time-step size in the case of no viscosity and establishes the existence of hysteretic single-interface solutions to the limit model. The second one guarantees a similar result for the viscous regularization. The main difficulty in both cases is to control the macroscopic impact of the microscopic fluctuations that are produced by propagating phase interfaces. We further present several numerical simulations.
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