计算粘性流体中纳米梁的多模态随机动力学

小型弹性对象在流体中的随机动力学是许多重要且新兴技术的核心问题。现在可以测量并利用由 Brownian 动力学驱动的弹性结构的高阶运动模式。虽然已存在理想条件下的理论描述，但对于实验中复杂条件下的计算多模态随机动力学极具挑战性。我们展示了仅通过基于涨落-耗散定理的确定性有限元计算即可实现这一点，通过研究双夹紧纳米梁的多模态随机动力学。我们采用一种通用且灵活的有限元计算方法，仅通过一次确定性仿真即可量化多个模式的随机动力学。我们包括梁内在张力以及靠近刚性边界对动力学通过粘性流体相互作用的影响。我们量化了在气体或水中浸没时梁的前十一阶挠曲模式的随机动力学。我们将数值结果与理论进行比较，可能的情况下发现效果良好。我们量化了计算方法的局限性并描述了其适用范围。这些结果为在粘性流体中进行复杂三维弹性结构的随机动力学计算奠定了基础，而这些结构的理论描述尚不可用。