数学物理
[提交于 2024年12月4日
]
标题: 关于离散单轴多晶材料有效输运的谱理论
标题: Spectral theory of effective transport for discrete uniaxial polycrystalline materials
摘要: 我们之前已经证明,包括电导率和热导率、扩散系数、复介电常数以及磁导率在内的单轴多晶材料的宏观输运系数具有涉及自伴随机算子谱测度的斯蒂尔吉斯积分表示。 这些积分表示来自于涉及这些自伴算子的物理场的预解式表示,例如与局部电导率矩阵$\boldsymbol{\sigma}$和电阻率矩阵$\boldsymbol{\rho}$相关的导电介质中的电场$\boldsymbol{E}$和电流密度$\boldsymbol{J}$。 在这篇文章中,我们提供了对该数学框架的一种离散矩阵分析,这与连续理论相平行。 我们展示了算子的离散化产生了由投影矩阵组成的实对称随机矩阵。 我们推导出离散的预解式表示法用于$\boldsymbol{E}$和$\boldsymbol{J}$,其中涉及的矩阵能够导致$\boldsymbol{E}$和$\boldsymbol{J}$的特征向量展开。 我们推导出有效电导率和电阻率矩阵$\boldsymbol{\sigma}^*$和$\boldsymbol{\rho}^*$的分量的离散斯蒂尔吉斯积分表示法,其中涉及的谱测度由实对称随机矩阵的实特征值及其标准正交特征向量显式给出。 我们提供了一种投影方法,利用投影矩阵的性质来表明谱测度可以通过更小的矩阵计算得出,从而得到一种更高效且更稳定的数值算法来计算整体输运系数和物理场。 我们通过数值计算模型二维和三维各向同性多晶介质(具有棋盘微几何结构)的谱测度和电流密度来展示这一算法。
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