Тема: ИССЛЕДОВАНИЕ ВОПРОСА НЕЕДИНСТВЕННОСТИ РЕШЕНИЙ ЗАДАЧИ ШОУОЛТЕРА – СИДОРОВА ДЛЯ МАТЕМАТИЧЕСКОЙ МОДЕЛИ ДЕФОРМАЦИИ ДВУТАВРОВОЙ БАЛКИ
Закажите новую по вашим требованиям
Представленный материал является образцом учебного исследования, примером структуры и содержания учебного исследования по заявленной теме. Размещён исключительно в информационных и ознакомительных целях.
Workspay.ru оказывает информационные услуги по сбору, обработке и структурированию материалов в соответствии с требованиями заказчика.
Размещение материала не означает публикацию произведения впервые и не предполагает передачу исключительных авторских прав третьим лицам.
Материал не предназначен для дословной сдачи в образовательные организации и требует самостоятельной переработки с соблюдением законодательства Российской Федерации об авторском праве и принципов академической добросовестности.
Авторские права на исходные материалы принадлежат их законным правообладателям. В случае возникновения вопросов, связанных с размещённым материалом, просим направить обращение через форму обратной связи.
📋 Содержание
1. АНАЛИТИЧЕСКОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ МОДЕЛИ ХОФФА 10
1.1. Предварительные сведения 10
1.2. Построение фазового пространства 16
1.3. Неединственность решений задачи Шоуолтера – Сидорова . . 19
1.4. Выводы по первой главе 23
2. ЧИСЛЕННОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ МОДЕЛИ ХОФФА 24
2.1. Алгоритм численного решения задачи Шоуолтера – Сидорова 24
2.2. Описание программы 26
2.3. Вычислительный эксперимент 30
2.4. Выводы по второй главе 46
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 48
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК 49
📖 Введение
2.5. — △)ut + аои + аи + а2и + ... + ак- 1и + аки + = у. (0.1)
Отклонения балки от вертикали представляет неизвестная функция и = и(х, t), х Е Q С Rn, t Е R+. Продольную нагрузку на балку и свойства материала балки характеризуют параметр А Е R+ и параметры аiЕ R, i = 0, к, соответственно, а у = у(х,1) является внешней нагрузкой на балку (боковая при п = 1).
В данной работе будем рассматривать задачу Шоуолтера – Сидорова:
А (и(х, 0) — ио(х)) + (ихх(х, 0) — иохх(х)) = 0, х Е (0,1) (0.2)
для уравнения Хоффа (0.1) в одномерном случае при к = 1
Аut + Uxxt = аи + ви3, t Е (0, Т), (0.3)
с условием Дирихле
u(x,t) = 0, х Е д^,t Е (0,Т). (0.4)
Целью работы является исследование вопроса неединственности решений для математической модели деформации двутавровой балки с начальным условием Шоуолтера – Сидорова в одномерном случае. Для достижения поставленной цели необходимо реализовать следующие задачи:
1) исследовать математическую модель Хоффа;
2) найти условия существования и единственности решений задачи Шоуолтера – Сидорова для модели Хоффа в одномерном случае;
3) найти условия существования нескольких решений задачи Шоуолте¬ра – Сидорова для модели Хоффа в одномерном случае;
4) разработать численный метод нахождения решения задачи Шоуолтера – Сидорова для модели Хоффа в одномерном случае;
5) разработать и реализовать программу нахождения численного решения задачи Шоуолтера – Сидорова для модели Хоффа. Провести ряд вычислительных экспериментов, используя разработанную программу;
6) разработать интерфейс пользователя для программы нахождения численного решения задачи Шоуолтера – Сидорова для модели Хоффа в одно-мерном случае.
В специальным образом подобранных функциональных банаховых пространствах возможно редуцировать начально-краевую задачу (0.2), (0.4)для уравнения (0.3)к задаче Шоуолтера – Сидорова
L (u(x, 0) — u0(x)) = 0 (0-5) для абстрактного полулинейного уравнения соболевского типа
Lu = Mu + N(u), ker L = 0. (0.6)
В работах [25, 28]замечено, что в силу вырожденности уравнения (0.6)решение задачи Коши
u(x, 0) = u0(x) (0-7)
для него не существует при произвольном начальном значении. Тогда как задача Шоуолтера – Сидорова (0.5)позволяет избежать трудностей изучения задачи Коши, однако возможна неединственность решения задачи (0.5), (0.6)[3, 37, 44].
В рамках научной школы Г.А. Свиридюка модель Хоффа исследовалась с разных сторон и с помощью различных методов. Например, в работах [36, 43]проводилось исследование уравнения Хоффа с аддитивным белым шумом в пространствах дифференциальных форм. В работе Загребиной С.А. рассматривалась многоточечная начально-конечная задача для линейной модели Хоффа [9]. Работа Н.А. Манаковой посвящена изучению оптимального управления процесса деформации [18], а в работе [16]исследовалось оптимальное управление решениями начально-конечной задачи для линейной модели Хоффа. В статье С.А. Загребиной и П.О. Пивоваровой рассматривалось устойчивость линейных уравнений Хоффа на графе [8].
М.А. Сагадеева и А.В. Генералов исследовали численное решение нестационарного линеаризованного уравнения Хоффа на геометрическом графе [41], а Ф.Л. Хасан в своей работе показал существование ограниченных на полуоси решений линеаризованного уравнения Хоффа в квазисоболевых про странствах [34]. О прямой и обратной задачах для уравнений Хоффа на графе посвящена работа А.А. Баязитовой и Г.А. Свиридюка [29], а в работе [2] исследована задача Шоуолтера – Сидорова для обобщенных уравнений Хоффа, заданных на конечном связном ориентированном графе.
Вопросы неединственности решений уравнений и систем уравнений, сводящихся к полулинейным уравнениям вида (0.6) и связи неединственности решений с существованием в фазовом пространстве уравнений (0.6) сборок и складок Уитни были освещены в следующих работах [5, 3, 39]. В работах [28, 5] было показано, что задача Шоуолтера – Сидорова для уравнения Корпусова – Плетнера – Свешникова может иметь два разных решения, а для системы уравнений Плотникова – три. В работе Бокаревой Т.А. для модели распространения нервного импульса в мембране и для модели автокаталитической реакции с диффузией было показано существование 2-сборки Уитни и 1-сборки Уитни соответственно. В статье Манаковой Н.А. и Гавриловой О.В. для модели распространения нервного импульса в мембране, основанной на вырожденной системе уравнений Фитц Хью – Нагумо, были выявлены условия существования неединственности решения задачи [39]. В статье [32] было проведено численное исследование задачи оптимального управления для вырожденной многокомпонентной математической модели распространения нервного импульса в системе нервов. Статья [33] посвящена изучению математической модели реакции - диффузии в трубчатом реакторе, заданной на геометрическом графе, где доказываются существование и единственность решения задачи Шоуолтера – Сидорова в слабом обобщенном смысле и существование оптимального управления слабыми обобщенными решениями рассматриваемой задачи. Также в статье Манаковой Н.А. и Гавриловой О.В. выявлены условия существования, единственности или множественности решений задачи Шоуолтера – Сидорова в зависимости от параметров системы для математической модели автокаталической реакции с диффузией, основанной на вырожденной системе уравнений брюсселятора.
Уравнения, неразрешенные относительно старшей производной, впервые были получены при изучении задач динамики тел с полостями, содержащими в себе жидкость. Исследования в данной области продолжили в своих работах С.В. Озеен, Ф.К.Ж. Одквист, У. Буссинеск и многие другие. В 40-х годах прошлого столетия С.Л. Соболев был первым, кто начал систематическое изучение начально-краевых задач для уравнений вида
L u.= Mu, (0.8)
где L и M дифференциальные операторы в частных производных по «пространственным» переменным. Поэтому уравнениями соболевского типа часто называют уравнения вида (0.6), (0.8) и их конкретные интерпретации (0.3)[14, 20, 23, 1]. В следствии того, что уравнения соболевского типа являются самостоятельной частью неклассических уравнений математической физики, интерес исследователей к этим уравнениям постоянно увеличивается. Данное явление способствует выходу большего числа публикаций, посвященных им [7, 10, 11, 21].
Уравнение (0.3) относится к широкому классу уравнений соболевского типа. Наиболее действенным и популярным подходом к изучению таких уравнений является метод фазового пространства Г.А. Свиридюка [24], основы которого были заложены при изучении полулинейного уравнения соболевского типа первого порядка. Сам метод заключается в редукции сингулярного уравнения (0.8) к регулярному, определенному на некотором специальным образом построенном подмножестве B, понимаемом как фазовое пространство (многообразие). Дальнейшее изучение морфологии (простоты или наличия особенностей) фазового многообразия B позволяет не только находить достаточные условия существования решения задачи (0.6), (0.7), но и исследовать вопрос единственности решения задачи (0.5), (0.6).
В данной работе для реализации численного решения задачи используется метод Галеркина. В случае вырожденных полулинейных уравнений (0.6) метод Галеркина является наиболее подходящим, так как он позволяет учитывать вырожденность уравнения для определенных параметров. Суть метода заключается в построении приближенных решений модели, коэффициенты которой удовлетворяют системе алгебро-дифференциальных уравнений с соответствующими начальными условиями. Впервые для полулинейных уравнений соболевского типа этот метод был рассмотрен Г.А. Свиридюком и Т.Г. Сукачевой [22]. В случае вырожденных полулинейных уравнений для нахождения приближенных решений метод Галеркина использовался в работах [46, 17, 12, 40]. М.А. Сагадеевой и С.А. Загребиной для начально-конечной задачи для неавтономного эволюционного уравнения соболевского типа. Н.А. Манаковой данный метод применялся с методом декомпозиции для изучения оптимального управления решений полулинейных уравнений соболевского типа. В работе А.А. Замышляевой и О.Н. Цыпленковой метод Галеркина использовался при оптимальном управлении для задачи Шоуолтера – Сидорова – Дирихле для уравнения Буссинеска – Лява высокого порядка. В работе [31] Гавриловой О.В. с помощью данного метода проводилось численное исследование модели автокаталической реакции с диффузией в вырожденном случае на конечном связном ориентированном графе с условием Шоуолтера – Сидорова, а в работе С.И. Кадченко и Е.А. Солдатовой – численное исследование стохастической модели Баренблатта – Желтова – Кочиной [13].
В данном исследовании будет рассмотрен вопрос неединственности решений задачи Шоуолтера – Сидорова для уравнения Хоффа (0.3) в случае ав< 0. При этом мы ограничимся условием ¿1ткег(А + Д) = 1, который заведомо выполняется при п = 1.
Работа, кроме введения и списка литературы, содержит две главы. В первой главе приводится аналитическое исследование модели Хоффа. В п.1 приведены предварительные теоретические сведения и вывод уравнения Хоффа. В п.2 проводится редукция задачи (0.2), (0.3) к абстрактной задаче (0.5), (0.6) и ее исследование, в п.3 найдены условия неединственности решений задачи (0.2) – (0.4). Во второй главе содержится численное исследование модели Хоффа. В п.1 описывается алгоритм численного метода, в п.2 приводится описание программного комплекса, а в п.3 результаты вычислительных экспериментов при различных начальных условиях
✅ Заключение
1) исследована математическая модель Хоффа;
2) найдены условия существования и единственности решений задачи Шоуолтера – Сидорова для модели Хоффа в одномерном случае;
3) найдены условия существования нескольких решений задачи Шоуолтера – Сидорова для модели Хоффа в одномерном случае;
4) разработан численный метод нахождения решения задачи Шоуолтера – Сидорова для модели Хоффа в одномерном случае;
5) разработана и реализована программа нахождения численного решения задачи Шоуолтера – Сидорова для модели Хоффа.
6) разработан интерфейс пользователя для программы нахождения численного решения задачи Шоуолтера – Сидорова для модели Хоффа.



