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约束弹性和圆柱壳的屈曲。 (英语) Zbl 1482.74075号

本文研究了二维单位圆盘中规定长度曲线的最小弹性能。很简单,当曲线长度小于2π时,最小值是一条直线段。然而,对于长度大于\(2\pi\)的曲线,则直线段将不再拟合,因此曲线必须弯曲,并且最小化器的行为明显更加复杂。
对于形式\(2\pi+\mathrm)的长度约束{d} t吨\),\(\mathrm{d} t吨\ll1),作者证明了在实线上具有积分约束的四阶obstacle型问题的收敛性,然后对其进行了求解。从解中可以看出,能量膨胀的尺度类似于{d} t吨^{1/2}+o(\mathrm{d} t吨^{1/2})当曲线有长度时{d} t吨\),然后确定一阶系数为\(\ Theta\大约37\)。
更准确地说,曲线的弹性能(伽马)与曲面的Willmore能量类似,定义为\[\mathcal{W}(\gamma)=\int_\gamma\kappa^2\mathrm{d}\mathcal}^1,\]其中,\(kappa)表示曲率,\(mathcal{H}^1)是Hausdorff单测度。
这个问题是由穆勒罗格先生[J.Differ.Geom.97,No.1,109–139(2014;Zbl 1296.53127号)]:在具有规定面积的3D单位球中嵌入的所有表面之间最小化Willmore能量\(S>0\)。对于这个问题,[loc.cit.]已经证明\[ \标记{1}\limsup_{S\to\infty}\inf_{|\Sigma|=S}|\mathcal{W},\] 存在常数\(c,c>0)和\(mathrm{d} t_0>0\),以便\[ \标记{2}4\pi+c\mathrm{d} t吨^{1/2}\le\inf_{|\Sigma|=S}\mathcal{W}(\Sigma)\le4\pi+C\mathrm{d} t吨^{1/2}\qquad\text{代表所有}\mathrm{d} t吨<\mathrm(马特姆){d} t_0。 \] 作者表明,这种估计适用于嵌入二维单位圆盘中的一维曲线:对于长度为(2 \pi+\mathrm的曲线{d} t吨\),\(\mathrm{d} t吨\ll1),作者表明\[ \标签{3}\inf_\gamma\mathcal{W}(\gamma)=2\pi+\Theta\mathrm{d} t吨^{1/2}+o(\mathrm{d} t吨^{1/2}),\qquad\mathrm{d} t吨\到0,\] 具有\[\C_C^\infty(\mathbb{R})中的Theta=\inf\bigg\{\int_\mathbb{R}|\phi'|^2\mathrm{d}x:\phi\,\\phi\ge0,\\int_\mathbb{R}\frac{|\phi'|^2}{2}-\phi\mathrm{d}x=1\bigg\},\]它与(2)类似。对于长度较大的曲线,作者表明\[ \标签{4}\limsup_{L\to\infty}\frac{\inf_\gamma\mathcal{W}(\gamma)-L}{\sqrt{L}}<\infty,\] 它与(1)类似。对于一维曲线嵌入三维单位球的情况,作者给出了类似的结果:存在常数(1<C\le9/2)和(mathrm{d} t_0>0\),以便\[ \标记{5}2\pi+\mathrm{d} t吨\le\inf_{\gamma}\mathcal{W}(\gamma)\le2\pi+C\mathrm{d} t吨\qquad\text{for-all}\mathrm{d} t吨<\mathrm(马特姆){d} t_0, \] 它与(2)类似,并且\[\limsup_{L\to\infty}\inf_\gamma|\mathcal{W}(\gamma)-L|<\infty。\]

MSC公司:

74G60型 分叉和屈曲
74K25型 外壳
74G65型 固体力学平衡问题中的能量最小化
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参考文献:

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