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向列相液晶Ericksen-Leslie方程若干数学问题的研究

批准号:
12101106
项目类别:
青年科学基金项目(C类)
资助金额:
30.0 万元
负责人:
焦佳
依托单位:
学科分类:
常微分方程
结题年份:
2024
批准年份:
2021
项目状态:
已结题
项目参与者:
焦佳

项目摘要

结项摘要

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中文摘要
Ericksen-Leslie方程是被研究者们普遍接受的用来描述向列相液晶动力学的有效模型,成功诠释了很多实验结果。由于该方程本身所具有的复杂性以及内含参数的多样性,使其相应数学研究进展缓慢。已有的研究大多是对方程做了一些简化或者是在某些特殊参数情形下给出的,并且很少考虑施加外力后方程的动力学行为。本项目从动力系统的角度系统研究强锚定边界条件下完整Ericksen-Leslie方程一些重要的问题:首先结合系统特殊的可积结构,利用摄动方法和相平面分析法等研究方程稳态Poiseuille流动的动力学行为,进一步尝试给出表观黏度的近似函数表达;其次,在电磁场作用下研究完整方程稳态剪切流的动力学行为和稳定性问题,尝试为Fréedericksz转变提供动力学解释。研究成果将揭示流场大小、各类参数变化以及外加电磁场大小对方程解的存在性、多重性及稳定性的影响,为工程技术人员合理使用液晶材料提供理论支持。
英文摘要
The Ericksen-Leslie equation is generally accepted by researchers as an effective model to describe the dynamics of nematic liquid crystals, and has successfully interpreted many experimental results. However, due to the complexity of the equation itself and the diversity of its contained parameters, its mathematical research progresses slowly. Most of the existing studies have considered the simplified Ericksen-Leslie equation or in the case of some special parameters, and rarely considered the dynamic behavior of the Ericksen-Leslie equation after applying external forces. In this project, we will systematically study some important problems of the complete Ericksen-Leslie equation under the strong anchoring boundary conditions from the perspective of dynamic system. Firstly,combining the special integrable structure of the system, we will study the dynamic behavior of steady-state Poiseuille flow of the equation by using perturbation method and phase plane analysis method,and further try to give the approximate function expression of the apparent viscosity. Secondly, we will study the dynamic behavior and stability of steady-state shear flow of the complete equation under the action of electromagnetic field, and try to provide a dynamic explanation for Fréedericksz transition. The research results will reveal the influence of the magnitude of the flow field, the variation of various parameters and the magnitude of the external electromagnetic field on the existence, multiplicity and stability of solutions of the equation, and provide theoretical support for engineers to use liquid crystal materials reasonably.
本项目聚焦于液晶这一典型的软物质材料,鉴于其在显示技术、光学器件、生物医学等领域的广泛应用,我们研究了描述向列相液晶动力学的Ericksen-Leslie方程。该方程成功诠释了很多实验结果,但由于方程本身所具有的复杂性以及内含参数的多样性,使其相应数学研究进展缓慢。本项目主要研究内容包括:首先,从动力系统角度分析了向列相液晶在半径为R的圆管内的定常Poiseuille流动。发展了求周期解的近似解析方法-谐波平衡法,并应用到一类软物质材料构成的圆柱壳在组合外力作用下的振动问题。基于此方法,考虑了小压力梯度下向列相液晶的Poiseuille流动。其次,研究了弱电磁场作用下向列相液晶的剪切流动。发展了利用Darboux多项式构造非线性微分动力系统可积结构的方法,借助此方法,找到了电磁场作用下向列相液晶剪切流动控制方程的特殊可积性结构,并将该方法应用于旋转流体对流简化模型的可积性判定。进一步,讨论流场强度、各类参数变化对方程解的存在性和多重性的影响,同时为各种解提供了相应的物理解释。这些研究不仅丰富了我们对液晶动力学特性的理解,也为液晶材料在复杂环境下的应用提供了理论支持。
共振情形下微分方程系统的不可积性和部分可积性
  • 批准号:
    11226157
  • 项目类别:
    数学天元基金项目
  • 资助金额:
    3.0万元
  • 批准年份:
    2012
  • 负责人:
    焦佳
  • 依托单位:
国内基金
海外基金