BoundaryUnitNormal
BoundaryUnitNormal[x,y,…]
領域に対して外向きの単位法線ベクトル を表す.
詳細とオプション
- BoundaryUnitNormalは,境界の単位法線ベクトル に従属する,偏微分方程式の境界条件を構築するために使える.
- BoundaryUnitNormalは,NeumannValue,DirichletCondition,NIntegrateと一緒に使える.
- BoundaryUnitNormalは,AcousticAbsorbingValue,HeatFluxValue,MassOutflowValue等の境界条件によって生成できる.
- BoundaryUnitNormalは,境界上の接線を指定するために使える.
- BoundaryUnitNormalは,境界条件が離散化される場合には,領域の埋込み次元の長さのベクトルに評価する.
- 境界の単位法線成分 には,Indexedを使ってアクセスできる.
- 有限要素の近似には,偏微分方程式に検定関数 が掛けられ,上で積分される.部分積分で が得られる.境界の積分における被積分関数 は,NeumannValueの で置き換えられる.
- 偏微分方程式がノイマン値を と指定する場合には,NeumannValueを と指定することによって,代りにBoundaryUnitNormalを使って をモデル化することができる.
- 逆に,偏微分方程式がノイマン値を と指定する場合には,NeumannValueを と指定することによって,代りにBoundaryUnitNormalを使って をモデル化することができる.
- 領域の内部境界においては,境界の単位法線成分は一意的には定義されない.
- 境界の単位法線の値 は,領域全体で内部境界を含むすべての境界について,のディリクレ条件で を解くことによって計算される.すると,境界の単位法線成分は で正規化された の勾配になる.
例題
すべて開くすべて閉じる例 (1)
スコープ (6)
単位Diskについてポワソン方程式を解く:
領域の境界を通る流束の合計を,境界領域の二次近似で計算する:
左に,境界の単位法線成分でNeumannValueを設定し,方程式を解く:
この範囲について,左のBoundaryUnitNormalの等価はである:
NeumannValueについて接線成分を作成する:
BoundaryUnitNormalのIndexed成分を利用してNeumannValueを計算する:
境界の法線成分でNeumannValueを設定する:
アプリケーション (1)
以下の例では,環帯領域において指定された表面力境界条件を持つストークス流を考える.辺の外側では において粘着境界条件が存在する.これらが と の方向での流速を0,つまり に設定する.内側の境界では において表面力が指定される.応力ベクトル の表面力は以下で与えられる:
ここでは, は として与えられる動径単位ベクトルであり, は として与えられる接線単位ベクトルである. と はそれぞれ と の方向でのデカルト単位ベクトルである.この例では,表面力は法線方向には ,接線成分の表面力は に設定される.言い換えれば,内側の境界では,速度は指定されず,表面力 のみが指定される.
内側の表面では,外向きの単位法線 とクロス積から接線単位法線を計算することができる.クロス積を使って,単位法線ベクトル から単位接線を計算する:
と の方向それぞれについてクロス積の第1成分と第2成分を抽出するためには,Indexedを使う.
接線単位法線も同じように として与えられることが可能であることに注意する.内側の表面の単位法線ベクトルは であり,すると単位接線は になるからである:
圧力に対する境界条件を指定しなければ,圧力値が浮いてしまい,NDSolveは十分な境界条件が指定されていないと警告を発する:
表面力境界条件がうまく使えることを確かめるためには,速度の動径成分と接線成分を計算し,それらを においてすべての についてプロットすることができる.動径速度については に比例する解が期待され,接線速度については に比例する解が期待される.
次に内側の境界での法線応力と剪断応力を計算し,それらが指定された表面力境界条件と一致することを確かめる.応力テンソルは以下で与えられる:
特性と関係 (2)
境界単位法線は,領域上でポワソン方程式を解き,ゼロディリクレ条件を指定することによって計算される.単位Disk上でのポワソン方程式を計算する:
これは,ElementMeshの境界単位法線を計算することと同じである:
テキスト
Wolfram Research (2023), BoundaryUnitNormal, Wolfram言語関数, https://reference.wolfram.com/language/FEMDocumentation/ref/BoundaryUnitNormal.html.
CMS
Wolfram Language. 2023. "BoundaryUnitNormal." Wolfram Language & System Documentation Center. Wolfram Research. https://reference.wolfram.com/language/FEMDocumentation/ref/BoundaryUnitNormal.html.
APA
Wolfram Language. (2023). BoundaryUnitNormal. Wolfram Language & System Documentation Center. Retrieved from https://reference.wolfram.com/language/FEMDocumentation/ref/BoundaryUnitNormal.html