“Far-field interaction” of concentrated masses in two-dimensional Neumann and Dirichlet problems

Cover Page

Cite item

Full Text

Open Access Open Access
Restricted Access Access granted
Restricted Access Subscription Access

Abstract

We study the eigenvalues of the Neumann and Dirichlet boundary-value problems in a two-dimensionaldomain containing several small, of diameter $O(\varepsilon)$, inclusions of large “density”$O(\varepsilon^{-\gamma})$, $\gamma\geq2$, that is, the “mass” $O(\varepsilon^{2-\gamma})$ of each of them is comparable ($\gamma=2$) or much bigger ($\gamma>2$) than that of the embracingmaterial. We construct a model of such spectral problems on concentrated masses which (the model)provides an asymptotic expansions of the eigenvalues with remainders of power-law smallnessorder $O(\varepsilon^{\vartheta})$ as $\varepsilon\to+0$ and $\vartheta\in(0,1)$. Besides,the correction terms are real analytic functions of the parameter $|{\ln \varepsilon}|^{-1}$. A “far-field interaction”of the inclusions is observed at the levels $|{\ln \varepsilon}|^{-1}$or $|{\ln \varepsilon}|^{-2}$. The results are obtained with the help of the machineryof weighted spaces with detached asymptotics and also by using weighted estimates of solutions to limit problemsin a bounded punctured domain and in the intact plane.

About the authors

Sergei Aleksandrovich Nazarov

Institute of Problems of Mechanical Engineering, Russian Academy of Sciences

Email: srgnazarov@yahoo.co.uk
Doctor of physico-mathematical sciences, Professor

References

  1. О. А. Ладыженская, Краевые задачи математической физики, Наука, М., 1973, 407 с.
  2. E. Sanchez-Palencia, “Perturbation of eigenvalues in thermoelasticity and vibration of systems with concentrated masses”, Trends in applications of pure mathematics to mechanics (Palaiseau, 1983), Lecture Notes in Phys., 195, Springer, Berlin, 1984, 346–368
  3. О. А. Олейник, “О собственных колебаниях тел с концентрированными массами”, Современные проблемы прикладной математики и математической физики, Наука, М., 1988, 101–128
  4. C. Leal, J. Sanchez-Hubert, “Perturbation of the eigenvalues of a membrane with a concentrated mass”, Quart. Appl. Math., 47:1 (1989), 93–103
  5. J. Sanchez Hubert, E. Sanchez Palencia, Vibration and coupling of continuous systems. Asymptotic methods, Springer-Verlag, Berlin, 1989, xvi+421 pp.
  6. Ю. Д. Головатый, C. А. Назаров, О. А. Олейник, “Асимптотические разложения собственных значений и собственных функций задач о колебаниях среды с концентрированными возмущениями”, Дифференциальные уравнения и функциональные пространства, Сборник статей. Посвящается памяти академика Сергея Львовича Соболева, Тр. МИАН СССР, 192, Наука, М., 1990, 42–60
  7. O. A. Oleinik, J. Sanchez-Hubert, G. A. Yosifian, “On vibrations of a membrane with concentrated masses”, Bull. Sci. Math., 115:1 (1991), 1–27
  8. D. Gomez, M. Lobo, E. Perez, “On the eigenfunctions associated with the high frequencies in systems with a concentrated mass”, J. Math. Pures Appl. (9), 78:8 (1999), 841–865
  9. M. Lobo, E. Perez, “Local problems for vibrating systems with concentrated masses: a review”, C. R. Mecanique, 331:4 (2003), 303–317
  10. А. Г. Чечкина, “О поведении спектра возмущенной краевой задачи Стеклова со слабой сингулярностью”, Дифференц. уравнения, 57:10 (2021), 1407–1420
  11. S. A. Nazarov, “Interaction of concentrated masses in a harmonically oscillating spatial body with Neumann boundary conditions”, RAIRO Model. Math. Anal. Numer., 27:6 (1993), 777–799
  12. C. А. Назаров, “Об одной задаче Санчес-Паленсия с краевыми условиями Неймана”, Изв. вузов. Матем., 1989, № 11, 60–66
  13. J. Cainzos, E. Perez, M. Vilasanchez, “Asymptotics for the eigenelements of the Neumann spectral problem with concentrated masses”, Indiana Univ. Math. J., 56:4 (2007), 1939–1987
  14. C. А. Назаров, В. Киадо Пиат, “Смешанные краевые задачи в сингулярно возмущенных двумерных областях со спектральным условием Стеклова”, Проблемы матем. анализа, 106 (2020), 91–124
  15. В. Г. Мазья, C. А. Назаров, Б. А. Пламеневский, “Асимптотические разложения собственных чисел краевых задач для оператора Лапласа в областях с малыми отверстиями”, Изв. АН СССР. Сер. матем., 48:2 (1984), 347–371
  16. W. G. Mazja, S. A. Nasarow, B. A. Plamenewski, Asymptotische Theorie elliptischer Randwertaufgaben in singulär gestörten Gebieten, v. 1, Math. Lehrbücher Monogr. II. Abt. Math. Monogr., 82, Akademie-Verlag, Berlin, 1991, 432 pp.
  17. А. М. Ильин, “Краевая задача для эллиптического уравнения второго порядка в области с узкой щелью. I. Двумерный случай”, Матем. сб., 99(141):4 (1976), 514–537
  18. А. М. Ильин, Согласование асимптотических разложений решений краевых задач, Наука, М., 1989, 336 с.
  19. M. Lanza de Cristoforis, “Asymptotic behavior of the solutions of the Dirichlet problem for the Laplace operator in a domain with a small hole. A functional analytic approach”, Analysis (Munich), 28:1 (2008), 63–93
  20. M. Lanza de Cristoforis, “Simple Neumann eigenvalues for the Laplace operator in a domain with a small hole. A functional analytic approach”, Rev. Mat. Complut., 25:2 (2012), 369–412
  21. C. А. Назаров, Б. А. Пламеневский, “Задача Неймана для самосопряженных эллиптических систем в области с кусочно гладкой границей”, Тр. ЛМО, 1, Изд-во Ленингр. ун-та, Л., 1990, 174–211
  22. S. A. Nazarov, “Weighted spaces with detached asymptotics in application to the Navier–Stokes equations”, Advances in mathematical fluid mechanics (Paseky, 1999), Springer, Berlin, 2000, 159–191
  23. C. А. Назаров, “Асимптотические условия в точках, самосопряженные расширения операторов и метод сращиваемых асимптотических разложений”, Тр. СПбМО, 5, Науч. кн., Новосибирск, 1998, 112–183
  24. М. Д. Ван Дайк, Методы возмущений в механике жидкостей, Мир, М., 1967, 310 с.
  25. Т. Като, Теория возмущений линейных операторов, Мир, М., 1972, 740 с.
  26. Г. Г. Xapди, Д. Е. Литтлвуд, Г. Полиа, Неравенства, 2-е изд., стер., КомКнига, М., 2006, 458 с.
  27. В. И. Смирнов, Курс высшей математики, т. 4, Ч. 1, 6-е изд., Наука, М., 1974, 336 с.
  28. В. С. Владимиров, Обобщенные функции в математической физике, 2-е изд., Наука, М., 1979, 319 с.
  29. В. А. Кондратьев, “Краевые задачи для эллиптических уравнений в областях с коническими или угловыми точками”, Тр. ММО, 16, Изд-во Моск. ун-та, М., 1967, 209–292
  30. С. А. Назаров, Б. А. Пламеневский, Эллиптические задачи в областях с кусочно гладкой границей, Наука, М., 1991, 336 с.
  31. C. А. Назаров, “Полиномиальное свойство самосопряженных эллиптических краевых задач и алгебраическое описание их атрибутов”, УМН, 54:5(329) (1999), 77–142
  32. И. Ц. Гохберг, М. Г. Крейн, Введение в теорию линейных несамосопряженных операторов, Наука, М., 1965, 448 с.
  33. М. М. Вайнберг, В. А. Треногин, Теория ветвления решений нелинейных уравнений, Наука, М., 1969, 527 с.
  34. M. Lanza de Cristoforis, “Multiple eigenvalues for the Steklov problem in a domain with a small hole. A functional analytic approach”, Asymptot. Anal., 121:3-4 (2021), 335–365
  35. М. Ш. Бирман, М. З. Соломяк, Спектральная теория самосопряженных операторов в гильбертовом пространстве, Изд-во Ленингр. ун-та, Л., 1980, 264 с.
  36. М. И. Вишик, Л. А. Люстерник, “Регулярное вырождение и пограничный слой для линейных дифференциальных уравнений с малым параметром”, УМН, 12:5(77) (1957), 3–122
  37. С. А. Назаров, Ю. А. Ромашов, “Изменение коэффициента интенсивности при разрушении перемычки между двумя коллинеарными трещинами”, Изв. АН АрмССР. Механика, 1982, № 4, 30–40

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML

Copyright (c) 2023 Назаров С.A.

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».