×

液晶平衡的约束优化。 (英语) Zbl 1427.76028号

摘要:本文比较了惩罚法和拉格朗日乘子法在计算液晶平衡构型时对必要单位长度约束的性能。在[第一作者等人,同上,37,No.5,S157–S176(2015;Zbl 1446.76065号); 同上,53,第5号,2226–2254(2015年;Zbl 1327.76015号)]推导了罚函数法,并讨论了非线性迭代中线性化的适定性。此外,本文在有限元离散化和嵌套迭代的背景下,考虑了定制信任域方法对这两种公式的影响。这些方法旨在提高每个算法的非线性迭代的效率和鲁棒性。为了检验每种方法的性能,考虑了三个具有代表性的弹性平衡问题。前两种构型有其精确解的解析表达式,因此,考虑收敛到真实解。第三个问题考虑了复杂的边界条件,与正在进行的研究有关,模拟表面纳米打印。最后,介绍了一种新的多重网格方案,并对电和柔性电耦合模型进行了测试,以建立高度复杂应用的可扩展性。拉格朗日乘子方法在许多度量上都优于惩罚方法,所开发的信赖域可以提高鲁棒性,嵌套迭代证明在降低计算成本方面非常有效。

理学硕士:

76甲15 液晶
76立方米 变分方法在流体力学问题中的应用
76M10个 有限元方法在流体力学问题中的应用
PDF格式BibTeX公司 XML格式引用

参考文献:

[1] J.H.Adler、T.J.Atherton、T.R.Benson、D.B.Emerson和S.P.MacLachlan,{\it具有电效应和柔性电效应的液晶平衡的能量最小化},SIAM J.Sci。计算。,37(2015),第S157-S176页·Zbl 1446.76065号
[2] J.H.Adler、T.J.Atherton、D.B.Emerson和S.P.MacLachlan,《向列相液晶Frank-Oseen模型的能量最小化有限元方法》,SIAM J.Numer。分析。,53(2015),第2226-2254页·Zbl 1327.76015号
[3] J.H.Adler、T.R.Benson、E.C.Cyr、S.P.MacLachlan和R.S.Tuminaro,《二维电阻磁流体力学的整体多重网格方法》,SIAM J.Sci。计算。,出现·Zbl 1338.76131号
[4] J.H.Adler、T.R.Benson和S.P.MacLachlan,《对Stokes方程的质量守恒间断Galerkin离散化进行预处理》,Numer。线性代数应用。,出现·兹比尔1424.65217
[5] J.H.Adler、D.B.Emerson、S.P.MacLachlan和T.A.Manteuffel,《液晶平衡的约束优化:扩展结果》,塔夫茨大学技术报告,2014年·Zbl 1427.76028号
[6] T.J.Atherton和J.H.Adler,{图案表面向列相液晶双稳态排列的弹性和挠曲电竞争},《物理学》。E版,86(2012年)。
[7] T.J.Atherton和J.R.Sambles,{图案表面向列相液晶的定向转变},《物理学》。E版,74(2006)。
[8] S.Badia,F.Guille⁄n-Go⁄nzalez,和J.V.Gutie⁄rrez-Satacreu,{使用鞍点结构的向列相液晶流的有限元近似},J.Compute。物理。,230(2011),第1686-1706页·Zbl 1211.82056号
[9] S.Badia,F.Guille⁄n-Go⁄nzalez和J.V.Gutie⁄rrez-Satacreu,{\it向列相液晶流数值分析概述},Arch。计算。《方法工程》,18(2011),第285-313页·Zbl 1284.76247号
[10] W.Bangerth、R.Hartmann和G.Kanschat,{它处理II-通用面向对象有限元库},ACM Trans。数学。《软件》,33(2007),第24/1-24/27页·Zbl 1365.65248号
[11] T.Belytschko、W.K.Liu、B.Moran和K.Elkhodary,《连续统和结构的非线性有限元》,第二版,威利出版社,纽约,2014年·Zbl 1279.74002号
[12] D.Braess,《有限元:固体力学中的理论、快速求解和应用》,剑桥大学出版社,英国剑桥,1997年·Zbl 0894.65054号
[13] D.Braess和R.Sarazin,《斯托克斯问题的有效平滑器》,应用。数字。数学。,23(1997),第3-19页·Zbl 0874.65095号
[14] R.H.Byrd、R.B.Schnabel和G.A.Shultz,《非线性约束优化的信赖域算法》,SIAM J.Numer。分析。,24(1987),第1152-1170页·Zbl 0631.65068号
[15] R.H.Byrd、R.B.Schnabel和G.A.Shultz,{通过二维子空间上的最小化近似求解信赖域问题},数学。程序。,40(1988),第247-263页·Zbl 0652.90082号
[16] R.Cohen、R.Hardt、D.Kinderlehrer、S.Lin和M.Luskin,《液晶理论与应用》,IMA卷数学。申请。5,Springer-Verlag,柏林,1987年,第99-121页·Zbl 0713.76006号
[17] A.J.Davidson和N.J.Mottrame,《双稳态向列相器件中的柔性电开关》,Phys。修订版E,65(2002)。
[18] T.A.Davis,{it Algorithm(832):UMFPACK,一种非对称模式的多面方法},ACM Trans。数学。《软件》,30(2004),第196-199页·Zbl 1072.65037号
[19] T.A.Davis和I.S.Duff,{稀疏LU因式分解的非对称模式多前沿方法},SIAM J.矩阵分析。申请。,18(1997),第140-158页·Zbl 0884.65021号
[20] T.A.Davis和E.C.Gartland,Jr.,{液晶Landau-de Gennes最小化问题的有限元分析},SIAM J.Numer。分析。,35(1998年),第336-362页·Zbl 0908.65120号
[21] P.G.de Gennes和J.Prost,《液晶物理学》,第2版,克拉伦登出版社,英国牛津,1993年。
[22] I.Doghri,《变形固体的力学:线性、非线性、分析和计算方面》,Springer-Verlag,柏林,2000年·Zbl 0961.74001号
[23] J.L.Ericksen,{液晶理论中的不等式},物理学。《流体》,9(1966),第1205-1207页。
[24] J.Ericksen,{向列相液晶的连续统理论},Res.Mechanica,21(1987),第381-392页。
[25] R.Fletcher,《实用优化方法》,第1卷,威利出版社,纽约,1980年·Zbl 0439.93001号
[26] F.C.Frank,《液晶理论》,讨论。法拉第学会,25(1958),第19-28页。
[27] V.Freíedericksz和V.Zolina,{引起各向异性液体取向的力},Trans。法拉第学会,29(1933),第919-930页。
[28] E.C.Gartland,Jr.和A.Ramage,{点式单位矢量约束液晶指向器模型的重整化牛顿法},SIAM J.Numer。分析。,53(2015),第251-278页·Zbl 1325.49031号
[29] V.Girault和P.Raviart,《Navier-Stokes方程的有限元方法》,Springer-Verlag,柏林,1986年·Zbl 0585.65077号
[30] R.Glowinski,P.Lin和X.B.Pan,{液晶模型的操作符分割方法},计算。物理学。Comm.,152(2003),第242-252页。
[31] R.Hardt,D.Kinderlehrer和F.-H.Lin,{静态液晶构型的存在性和部分正则性},Commun。数学。物理。,105(1986),第547-570页·Zbl 0611.35077号
[32] M.A.Heroux、R.A.Bartlett、V.E.Howle、R.J.Hoekstra、J.J.Hu、T.G.Kolda、R.B.Lehoucq、K.R.Long、R.P.Pawlowski、E.T.Phipps、A.G.Salinger、H.K.Thornquist、R.S.Tuminaro、J.M.Willenbring、A.Williams和K.S.Stanley,《Trilinos项目概述》,ACM Trans。数学。《软件》,31(2005),第397-423页·兹比尔1136.65354
[33] Q.Hu、X.-C.Tai和R.Winther,《调和映射计算的鞍点方法》,SIAM J.Numer。分析。,47(2009),第1500-1523页·Zbl 1219.49030号
[34] Q.Hu和L.Yuan,{简化液晶模型的牛顿罚函数法},高级计算。数学。,40(2014),第201-244页·Zbl 1302.82116号
[35] M.Kružík和A.Prohl,《铁磁性建模、分析和数值学的最新发展》,SIAM Rev.,48(2006),第439-483页·Zbl 1126.49040号
[36] J.P.F.Lagerwall和G.Scalia,《液晶研究的新时代:液晶在软物质、纳米、生物和微技术中的应用》,《当前应用》。物理。,12(2012),第1387-1412页。
[37] M.Larin和A.Reusken,{广义Stokes方程高效迭代解的比较研究},Numer。线性代数应用。,15(2008),第13-34页·Zbl 1212.65493号
[38] B.W.Lee和N.A.Clark,《液晶与图案各向同性表面的对齐》,《科学》,291(2001),第2576-2580页。
[39] F.M.Leslie,{向列相液晶中扭曲的取向图案},Pramana,增刊1(1975),第41-55页。
[40] F.Leslie,{液晶流动现象理论},载《液晶理论》,第4卷,学术出版社,纽约,1979年,第1-81页。
[41] F.M.Leslie,《液晶平衡理论中的一些主题》,《液晶理论与应用》,J.L.Ericksen和D.Kinderlehrer编辑,Springer Verlag,纽约,1987年,第211-234页。
[42] P.Lin,C.Liu,and H.Zhang,{it用于模拟液晶流动动力学中运动效应的能量守恒(C0)有限元格式},J.Compute。物理。,227(2007),第1411-1427页·Zbl 1133.65077号
[43] C.Liu和N.J.Walkington,{液晶流近似的混合方法},ESAIM数学。模型。数字。分析。,36(2002),第205-222页·Zbl 1032.76035号
[44] C.Liu,H.Zhang,and S.Zhangs,{向列相液晶流体动力学的数值模拟:运动输运的影响},Commun。计算。物理。,9(2011年),第974-993页·Zbl 1364.76018号
[45] A.Majumdar、C.J.P.Newton、J.M.Robbins和M.Zyskin,《液晶器件中的拓扑和双稳态》,Phys。E版,75(2007年)。
[46] N.Maratos,{有限维精确罚函数算法与控制优化},博士论文,伦敦大学,1978年。
[47] R.B.Meyer,{液晶中的压电效应},物理学。修订稿。,22 (1969).
[48] S.Mkaddem和E.C.Gartland,Jr.,{径向向列相液滴缺陷的精细结构},Phys。E版,62(2000),第6694-6705页。
[49] J.Nocedal和S.J.Wright,《数值优化》,第二版,Springer-Verlag,纽约,2006年·Zbl 1104.65059号
[50] E.O.Omojokun,{非线性等式和不等式约束优化的信赖域算法},博士论文,科罗拉多大学博尔德分校,1989年。
[51] A.Ramage和E.C.Gartland,Jr.,{液晶指向器建模的预处理零空间方法},SIAM J.Sci。计算。,35(2013),第B226-B247页·Zbl 1276.82061号
[52] P.Rudquist和S.T.Lagerwall,《关于向列相材料中的挠曲电效应》,Liq.Cryst。,23(1997),第503-510页。
[53] G.A.Shultz、R.B.Schnabel和R.H.Byrd,{\it一类具有强全局收敛特性的基于信任域的无约束最小化算法},SIAM J.Numer。分析。,22(1985年),第47-67页·Zbl 0574.65061号
[54] G.Starke,变饱和地下水流最小二乘有限元计算的Gauss-Newton多级方法,《计算》,64(2000),第323-338页·Zbl 0983.76052号
[55] I.W.Stewart,《液晶的静态和动态连续统理论:数学导论》,泰勒和弗朗西斯,伦敦,2004年。
[56] K.Su和D.Pu,非线性约束优化的非单调滤波器信赖域方法,J.Comput。申请。数学。,223(2009),第230-239页·Zbl 1180.65081号
[57] D.Thomsen、P.Keller、J.Naciri、R.Pink、H.Jeon、D.Shenoy和B.Ratna,《肌肉力学性能的液晶弹性体》,《大分子》,34(2001),第5868-5875页。
[58] A.Vardi,{\it等式约束最小化的信赖域算法:收敛特性和实现},SIAM J.Numer。分析。,22(1985年),第575-591页·Zbl 0581.65045号
[59] E.G.Virga,《液晶变分理论》,查普曼和霍尔,伦敦,1994年·Zbl 0814.49002号
[60] M.Yamada、M.Kondo、J.Mamiya、Y.Yu、M.Kinoshita、C.Barrett和T.Ikeda,《光移动聚合物材料:走向光驱动塑料马达》,Angew。化学。国际,47(2008),第4986-4988页。
[61] W.Zulehner,{鞍点问题的一类平滑器},《计算》,65(2000),第227-246页·Zbl 0972.65089号
此参考列表基于出版商或数字数学图书馆提供的信息。其项与zbMATH标识符进行启发式匹配,可能包含数据转换错误。在某些情况下,zbMATH Open的数据对这些数据进行了补充/增强。这试图尽可能准确地反映原始论文中列出的参考文献,而不要求完整或完全匹配。