Variational strategies in material sciences: Analysis & Numerics

Abstract

V této práci ukážeme aplikaci metody hyperbolických minimalizujících pohybů na dynamické problémy v mechanice kontinua. V prezentovaných článcích se zabýváme libovolně deformujícími se viskoelastickými pevnými látkami s kolizemi, interakcemi mezi tekutinou a pevnout látkou se smykem, a také kompletní časovou diskretizací tohoto přístupu. Nejprve dokážeme existenční větu pro nelineární viskoelastická tělesa v režimu velkých deformací s libovolnými kolizemi. K tomu zkonstruujeme fyzikálně správnou kontaktní sílu jakožto míru. Tento výsledek je rozšířen i pro tělesa s pouze Lipschitzovsky reugulární hranicí. Dále zkoumáme verzi schématu hyperbolických minimalizujících pohybů, která je plně diskrétní v čase. Zde dokážeme stabilitu a lineární rychlost konvergence. Tento výsledek je prezentován v kontextu nelineární elastodynamiky. Nakonec ukážeme existenci slabých řešení pro nelineární viskoelastickou pevnou látku plné dimenze spojenou s Navier-Stokesovou rovnicí přes podmínkou smyku na rozhraní tekutiny a pevné látky. Poskytneme potřebné třídy testovacích funkcí pro slabé řešení a také ukážeme jeho konzistenci s odpovídající silnou formulací. 1

In this thesis, we present an application of the hyperbolic minimizing movements method to dynamical problems in continuum mechanics. In the presented papers, we treat largely deforming viscoelastic solids with collisions, fluid-structure interactions with the slip condition, as well as a full time-discretization of this approach. First, we obtain the existence result for nonlinear viscoelastic solids in the large de- formation regime with arbitrary collisions. For this we construct a physically correct measure-valued contact force. This result is extended also for solids with only Lipschitz regular boundaries. Next, we investigate a version of the hyperbolic minimizing movements scheme which is fully discrete in time. For this we show stability results and a linear convergence rate. This result is presented in the context of nonlinear elastodynamics. Finally, we show the existence of weak solutions for nonlinear viscoelastic bulk solid coupled to a Navier-Stokes equation with a full slip condition at the fluid-solid interface. We provide the necessary classes of test functions for the weak solution, and we also show its consistency with the corresponding strong formulation. 1