Mohammad Asadzadeh - An Introduction to the Finite Element Method for Differential Equations

Здесь есть возможность читать онлайн «Mohammad Asadzadeh - An Introduction to the Finite Element Method for Differential Equations» — ознакомительный отрывок электронной книги совершенно бесплатно, а после прочтения отрывка купить полную версию. В некоторых случаях можно слушать аудио, скачать через торрент в формате fb2 и присутствует краткое содержание. Жанр: unrecognised, на английском языке. Описание произведения, (предисловие) а так же отзывы посетителей доступны на портале библиотеки ЛибКат.

An Introduction to the Finite Element Method for Differential Equations: краткое содержание, описание и аннотация

Предлагаем к чтению аннотацию, описание, краткое содержание или предисловие (зависит от того, что написал сам автор книги «An Introduction to the Finite Element Method for Differential Equations»). Если вы не нашли необходимую информацию о книге — напишите в комментариях, мы постараемся отыскать её.

Master the finite element method with this masterful and practical volume
An Introduction to the Finite Element Method (FEM) for Differential Equations
An Introduction to the Finite Element Method

An Introduction to the Finite Element Method for Differential Equations — читать онлайн ознакомительный отрывок

Ниже представлен текст книги, разбитый по страницам. Система сохранения места последней прочитанной страницы, позволяет с удобством читать онлайн бесплатно книгу «An Introduction to the Finite Element Method for Differential Equations», без необходимости каждый раз заново искать на чём Вы остановились. Поставьте закладку, и сможете в любой момент перейти на страницу, на которой закончили чтение.

Тёмная тема
Сбросить

Интервал:

Закладка:

Сделать

(1.5.11) картинка 338

Here, картинка 339, called the specific heat , is assumed to be constant. Next, we relate the temperature картинка 340to the heat flux картинка 341. Here, we use Fourier's law but, first, to be specific, we describe the simple facts supporting Fourier's law:

1 i. Heat flows from regions of high temperature to regions of low temperature.

2 ii. The rate of heat flux is small or large accordingly as temperature changes between neighboring regions are small or large.

To describe these quantitative properties of heat flux, we postulate a linear relationship between the rate of heat flux and the rate of temperature change. Recall that if картинка 342is a point in the heat‐conducting medium and картинка 343is a unit vector specifying a direction at картинка 344, then the rate of heat flow at картинка 345in the direction An Introduction to the Finite Element Method for Differential Equations - изображение 346is An Introduction to the Finite Element Method for Differential Equations - изображение 347and the rate of change of the temperature is An Introduction to the Finite Element Method for Differential Equations - изображение 348, the directional derivative of the temperature. Since картинка 349requires An Introduction to the Finite Element Method for Differential Equations - изображение 350, and vice versa (from calculus the direction of maximal growth of a function is given by its gradient), our linear relation takes the form An Introduction to the Finite Element Method for Differential Equations - изображение 351, with An Introduction to the Finite Element Method for Differential Equations - изображение 352. Since An Introduction to the Finite Element Method for Differential Equations - изображение 353specifies any direction at An Introduction to the Finite Element Method for Differential Equations - изображение 354, this is equivalent to the assumption

(1.5.12) An Introduction to the Finite Element Method for Differential Equations - изображение 355

which is Fourier's law . The positive function картинка 356is called the heat conduction (or Fourier) coefficient . Let now картинка 357and An Introduction to the Finite Element Method for Differential Equations - изображение 358and insert ( 1.5.11) and ( 1.5.12) into ( 1.5.10) to get the final form of the heat equation:

(1.5.13) An Introduction to the Finite Element Method for Differential Equations - изображение 359

The quantity картинка 360is referred to as the thermal diffusivity (or diffusion) coefficient . If we assume that is constant then the final form of the heat equation would be 1514 - фото 361is constant, then the final form of the heat equation would be

(1.5.14) An Introduction to the Finite Element Method for Differential Equations - изображение 362

1.5.3 The Wave Equation

The third equation in ( 1.5.2) is the wave equation: An Introduction to the Finite Element Method for Differential Equations - изображение 363. Here, картинка 364represents a wave traveling through an картинка 365‐dimensional medium; картинка 366is the speed of propagation of the wave in the medium and картинка 367is the amplitude of the wave at position картинка 368and time картинка 369. The wave equation provides a mathematical model for a number of problems involving different physical processes as, e.g. in the following examples (i)–(vi):

1 (i) Vibration of a stretched string, such as a violin string (one‐dimensional).

2 (ii)Vibration of a column of air, such as a clarinet (one‐dimensional).

3 (iii)Vibration of a stretched membrane, such as a drumhead (two‐dimensional).

4 (iv)Waves in an incompressible fluid, such as water (two‐dimensional).

5 (v)Sound waves in air or other elastic media (three‐dimensional).

6 (vi)Electromagnetic waves, such as light waves and radio waves (three‐dimensional).

Note that in (i), (iii) and (iv), картинка 370represents the transverse displacement of the string, membrane, or fluid surface; in (ii) and (v), картинка 371represents the longitudinal displacement of the air; and in (vi), картинка 372is any of the components of the electromagnetic field. For detailed discussions and a derivation of the equations modeling (i)–(vi), see, e.g. Folland [62], Strauss [129], and Taylor [134]. We should point out, however, that in most cases, the derivation involves making some simplifying assumptions. Hence, the wave equation gives only an approximate description of the actual physical process, and the validity of the approximation will depend on whether certain physical conditions are satisfied. For instance, in example (i), the vibration should be small enough so that the string is not stretched beyond its limits of elasticity. In example (vi), it follows from Maxwell's equations, the fundamental equations of electromagnetism, that the wave equation is satisfied exactly in regions containing no electrical charges or current, which of course cannot be guaranteed under normal physical circumstances and can only be approximately justified in the real world. So an attempt to derive the wave equation corresponding to each of these examples from physical principles is beyond the scope of these notes. Nevertheless, to give an idea, below we shall derive the wave equation for a vibrating string.

Читать дальше
Тёмная тема
Сбросить

Интервал:

Закладка:

Сделать

Похожие книги на «An Introduction to the Finite Element Method for Differential Equations»

Представляем Вашему вниманию похожие книги на «An Introduction to the Finite Element Method for Differential Equations» списком для выбора. Мы отобрали схожую по названию и смыслу литературу в надежде предоставить читателям больше вариантов отыскать новые, интересные, ещё непрочитанные произведения.


Отзывы о книге «An Introduction to the Finite Element Method for Differential Equations»

Обсуждение, отзывы о книге «An Introduction to the Finite Element Method for Differential Equations» и просто собственные мнения читателей. Оставьте ваши комментарии, напишите, что Вы думаете о произведении, его смысле или главных героях. Укажите что конкретно понравилось, а что нет, и почему Вы так считаете.

x