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区间上的六阶抛物型方程:具有弹性阻力的有限薄膜的本征函数展开、格林函数与中间渐近

数值分析 2024-11-19 v2 数值分析 流体动力学

摘要

一类“抛物型”线性六阶偏微分方程(PDE)描述了当偏离平衡膜高较小时,具有弹性弯曲阻力表面下方的薄液膜动力学。在有限域上,对应于封闭槽中薄膜的边界条件,相关的六阶本征值问题是自伴的,且本征函数构成完备的正交集。利用这些本征函数,我们推导了有限区间上控制六阶 PDE 的格林函数,并将其与已知的无限线解进行比较。此外,我们提出了一种基于构造的六阶本征函数及其导数展开的 Galerkin 谱方法。时间相关展开系数常微分方程组通过标准数值方法求解。该数值方法应用于控制 PDE 的变体,其中包含除六阶导数外的二阶空间导数,这源于作用在薄膜上的重力。在没有重力的情况下,我们展示了薄膜表面初始局部扰动的自相似中间渐近行为,至少直到扰动“感知”到有限边界,并表明推导出的格林函数是此类解的吸引子。在存在重力的情况下,我们利用提出的 Galerkin 数值方法证明,即使对于较大的重力与弯曲比,自相似行为依然持续,尽管持续时间间隔缩短。

关键词

引用

@article{arxiv.2402.18740,
  title  = {Sixth-order parabolic equation on an interval: Eigenfunction expansion, Green's function, and intermediate asymptotics for a finite thin film with elastic resistance},
  author = {Nectarios C. Papanicolaou and Ivan C. Christov},
  journal= {arXiv preprint arXiv:2402.18740},
  year   = {2024}
}

备注

25 pages, 7 figures; accepted for publication in the Journal of Engineering Mathematics' Special Collection in Memory of Prof. Steve Davis