线性弹性问题的适定性和 Navier-Cauchy 方程

计算科学 线性代数 pde
2021-12-21 16:17:24

我读了一篇关于我也感兴趣的主题的硕士论文。这项工作涉及对均匀、弹性、各向同性材料的位移运动方程的求解:

ρu¨F=μ2u+(λ+μ)graddivu

在哪里u是位移矢量,λμ是 Lamé 常数(已知有一些不确定性),并且F每单位体积的外力(确切已知),特别是它的稳态变量,即所谓的 Navier-Cauchy 方程。

更准确地说,域不是无限的和同质的:它是一个具有几个不同区域的圆盘,并且 Lamé 常数是每个子区域上的单独常数;在这些子区域之一μ变得非常非常小。

论文作者采用极坐标有限差分空间离散化方法,计算待求解线性系统的系数矩阵和数据向量。

作者注意到系统的条件很差,并且通过分析该矩阵的奇异值分解,通过奇异值谱的某些特征,显然可以得出结论,它是(或表现为)一个离散的不适定问题,来自一个离散化的连续 不适定问题。因此作者应用了 Tickhonov 正则化来获得一个明显有意义的解决方案。

读到 Navier-Cauchy 方程可能是不适定的,或者这是一个问题,我有点惊讶。

我对弹性问题的适定性的了解:

  • 在“小位移”假设下,如果弹性张量使得变形能是正定的,则​​弹性问题的解(如果存在)是唯一的(基尔霍夫定理);
  • 解决方案的存在“证明起来更复杂,但已在对应用程序有用的几个场景中得到证明”。

我对 Hadamard 意义上的适定性的第三个要求一无所知,即解决方案是否持续依赖于数据。

现在忽略这篇论文,在这一点上,我想我需要更多地了解线性弹性问题和 Navier-Cauchy 方程的适定性。

  • 关于弹性问题的适定性(请不要太高级)有什么好的、权威的参考资料?

  • Navier-Cauchy 方程是适定的吗?是否存在问题可能变得不适定的情况?Lamé 常数不均匀、可能接近于零和/或不连续这一事实如何影响适定性?

  • 如果问题证明是适定的,但线性静止系统是病态的,那么处理这种特定的不良条件的好方法是什么?例如预处理器?什么好?

2个回答

常数是材料对剪切应力的抵抗力。如果该常数在某个区域中为零并且您正在考虑稳态情况,则 PDE 系统在那里是奇异的;即它们不再是椭圆的。μ

定义为非常小,则矩阵方程是病态的也就不足为奇了。μ

我想我找到了。

如果反向弹性键μ=0

E=12μSλ2μtrS3λ+2μI

没有定义。

此外,关于弹性响应唯一性的基尔霍夫定理依赖于应变能密度是正定的这一事实。要做到这一点,它是必需的

μ>0and3λ+2μ>0

因此,如果,我们无法证明解的唯一性。μ=0