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Dissertations / Theses on the topic 'Maxwell equation'
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Eliasson, Bengt. "Numerical Vlasov–Maxwell Modelling of Space Plasma." Doctoral thesis, Uppsala universitet, Avdelningen för teknisk databehandling, 2002. http://urn.kb.se/resolve?urn=urn:nbn:se:uu:diva-2929.
Full textAbstract:
The Vlasov equation describes the evolution of the distribution function of particles in phase space (x,v), where the particles interact with long-range forces, but where shortrange "collisional" forces are neglected. A space plasma consists of low-mass electrically charged particles, and therefore the most important long-range forces acting in the plasma are the Lorentz forces created by electromagnetic fields. What makes the numerical solution of the Vlasov equation a challenging task is that the fully three-dimensional problem leads to a partial differential equation in the six-dimensional phase space, plus time, making it hard even to store a discretised solution in a computer’s memory. Solutions to the Vlasov equation have also a tendency of becoming oscillatory in velocity space, due to free streaming terms (ballistic particles), in which steep gradients are created and problems of calculating the v (velocity) derivative of the function accurately increase with time. In the present thesis, the numerical treatment is limited to one- and two-dimensional systems, leading to solutions in two- and four-dimensional phase space, respectively, plus time. The numerical method developed is based on the technique of Fourier transforming the Vlasov equation in velocity space and then solving the resulting equation, in which the small-scale information in velocity space is removed through outgoing wave boundary conditions in the Fourier transformed velocity space. The Maxwell equations are rewritten in a form which conserves the divergences of the electric and magnetic fields, by means of the Lorentz potentials. The resulting equations are solved numerically by high order methods, reducing the need for numerical over-sampling of the problem. The algorithm has been implemented in Fortran 90, and the code for solving the one-dimensional Vlasov equation has been parallelised by the method of domain decomposition, and has been implemented using the Message Passing Interface (MPI) method. The code has been used to investigate linear and non-linear interaction between electromagnetic fields, plasma waves, and particles.
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Heintze, Eric. "Résolution des équations de Maxwell tridimensionnelles instationnaires par une méthode d'éléments finis conformes." Paris 6, 1992. http://www.theses.fr/1992PA066698.
Full text
3
Shi, Qiang. "Sharp estimates of the transmission boundary value problem for dirac operators on non-smooth domains." Diss., Columbia, Mo. : University of Missouri-Columbia, 2006. http://hdl.handle.net/10355/4358.
Full textAbstract:
Thesis (Ph.D.)--University of Missouri-Columbia, 2006.The entire dissertation/thesis text is included in the research.pdf file; the official abstract appears in the short.pdf file (which also appears in the research.pdf); a non-technical general description, or public abstract, appears in the public.pdf file. Title from title screen of research.pdf file viewed on (May 1, 2007) Vita. Includes bibliographical references.
4
Azam, Md Ali. "Wave reflection from a lossy uniaxial media." Ohio : Ohio University, 1995. http://www.ohiolink.edu/etd/view.cgi?ohiou1179854582.
Full text
5
Bostan, Mihai. "Etude numérique des solutions périodiques du système de Vlasov-Maxwell." Phd thesis, Ecole des Ponts ParisTech, 1999. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00005611.
Full textAbstract:
La modélisation de dispositifs tels que les tubes à décharge ou les diodes à vide soumises à un potentiel harmonique repose sur les équations de Vlasov-Maxwell ou de Vlasov-Poisson en régime périodique. Des résultats dans le cas périodique semblent inexistants. D'autre part, ces régimes sont très difficilement atteints lors de simulations numériques. Le but de ce travail a été d'étudier théoriquement et numériquement les régimes périodiques en transport de particules chargées soumises au champ électro-magnétique. Dans un premiers temps nous présenterons les équations de Maxwell sous forme conservative ainsi que le caractère hyperbolique de ce système. Le deuxième chapitre traite de l'approximation numérique utilisée pour la résolution du système de Maxwell. Il s'agit d'un schéma explicite de type volumes finis centrés aux noeuds. Après une étude de stabilité du schéma de discrétisation en espace (le beta-gama schéma), nous nous sommes intéressés au couplage des équations de Vlasov et de Maxwell. Nous montrons des résultats d'existence et d'unicité pour la solution faible périodique dans une ou plusieurs dimensions de l'espace. Ensuite nous avons proposé une nouvel méthode (MAL) pour la résolution numérique des équations différentielles avec des termes source périodiques afin d'accélérer la convergence vers les régimes périodiques. Après une partie consacré à une étude théorique sur un modèle simplifié ID, cette méthode a été étendue au système de Vlasov-Maxwell. Nous montrons l'efficacité d'une telle méthode à travers les nombreux cas test présentés.
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Marchand, Renier Gustav. "Fine element tearing and interconnecting for the electromagnetic vector wave equation in two dimensions /." Link to online version, 2007. http://hdl.handle.net/10019/363.
Full text
7
Lu, Kang. "The Application of Generalised Maxwell-Stefan Equations to Protein Gels." Thesis, University of Canterbury. Chemical and Process Engineering, 2007. http://hdl.handle.net/10092/1236.
Full textAbstract:
The removal of milk fouling deposits often requires the diffusion of electrolyte solutions such as sodium hydroxide through a gel. Very often more than one single anion and one single cation are involved and thus the modelling of such diffusion requires a multicomponent description. Diffusion of electrolyte solutions through gels can be modelled using the Maxwell-Stefan equation. The driving forces for diffusion are the chemical potential gradients of ionic species and the diffusion potential, i.e., the electrostatic potential induced by diffusion of the ions. A model based on the Maxwell-Stefan equation was applied to electrolyte solutions and electrolyte solutions with a gel. When modelling the diffusion of electrolyte solutions, the resulting equations were found to be a partial differential algebraic equation system with a differentiation index of two. The identification of this characteristic of the system enabled a solution method using the method of lines to be developed. When modelling the diffusion of electrolyte solutions through a gel an explicit expression for diffusion potential was developed and hence the diffusion equations were solved. Numerical solutions were presented for a number of case studies and comparisons were made with solutions from literature and between different electrolyte systems. It was found that the results of diffusion of electrolytes were in good agreement with those of experiments and literature. In the case of diffusion of electrolytes through a gel, swelling of the gel was predicted. The model can be improved by adding thermodynamic factors and can be easily extended to multiple ion systems.
8
Samet, Bessem. "L'analyse asymptotique topologique pour les équations de Maxwell et applications." Toulouse 3, 2004. http://www.theses.fr/2004TOU30021.
Full text
9
Shao, Xi. "Electromagnetic modeling with a new 3D alternating-direction-implicit (ADI) Maxwell equation solver." College Park, Md. : University of Maryland, 2004. http://hdl.handle.net/1903/1821.
Full textAbstract:
Thesis (M.S.) -- University of Maryland, College Park, 2004.Thesis research directed by: Dept. of Electrical and Computer Engineering. Title from t.p. of PDF. Includes bibliographical references. Published by UMI Dissertation Services, Ann Arbor, Mich. Also available in paper.
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Stachura, Eric Christopher. "On Generalized Solutions to Some Problems in Electromagnetism and Geometric Optics." Diss., Temple University Libraries, 2016. http://cdm16002.contentdm.oclc.org/cdm/ref/collection/p245801coll10/id/403050.
Full textAbstract:
MathematicsPh.D.
The Maxwell equations of electromagnetism form the foundation of classical electromagnetism, and are of interest to mathematicians, physicists, and engineers alike. The first part of this thesis concerns boundary value problems for the anisotropic Maxwell equations in Lipschitz domains. In this case, the material parameters that arise in the Maxwell system are matrix valued functions. Using methods from functional analysis, global in time solutions to initial boundary value problems with general nonzero boundary data and nonzero current density are obtained, only assuming the material parameters are bounded and measurable. This problem is motivated by an electromagnetic inverse problem, similar to the classical Calder\'on inverse problem in Electrical Impedance Tomography. The second part of this thesis deals with materials having negative refractive index. Materials which possess a negative refractive index were postulated by Veselago in 1968, and since 2001 physicists were able to construct these materials in the laboratory. The research on the behavior of these materials, called metamaterials, has been extremely active in recent years. We study here refraction problems in the setting of Negative Refractive Index Materials (NIMs). In particular, it is shown how to obtain weak solutions (defined similarly to Brenier solutions for the Monge-Amp\`ere equation) to these problems, both in the near and the far field. The far field problem can be treated using Optimal Transport techniques; as such, a fully nonlinear PDE of Monge-Amp\`ere type arises here.
Temple University--Theses
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Fang, Fang, and Dinkoo Mehrdad. "Wave Energy of an Antenna in Matlab." Thesis, Högskolan i Halmstad, Sektionen för Informationsvetenskap, Data– och Elektroteknik (IDE), 2011. http://urn.kb.se/resolve?urn=urn:nbn:se:hh:diva-16587.
Full textAbstract:
In the modern world, because of increasing oil prices and the need to control greenhouse gas emission, a new interest in the production of electric cars is coming about. One of the products is a charging point for electric cars, at which electric cars can be recharged by a plug in cable. Usually people are required to pay for the electricity after recharging the electric cars. Today, the payment is handled by using SMS or through the parking system. There is now an opportunity, in cooperation with AES (the company with which we are working), to equip the pole with GPRS, and this requires development and maintenance of the antenna. The project will include data analysis of the problem, measurements and calculations. In this work, we are computing energy flow of the wave due to the location of the antenna inside the box. We need to do four steps. First, we take a set of points (determined by the computational mesh) that have the same distance from the antenna in the domain. Second, we calculate the angles between the ground and the points in the set. Third, we do an angle-energy plot, to analyse which angle can give the maximum energy. And last, we need to compare the maximum energy value of different position of the antenna. We are going to solve the problem in Matlab, based on the Maxwell equation and the Helmholtz equation, which is not time-dependent.
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Kamilis, Dimitrios. "Uncertainty Quantification for low-frequency Maxwell equations with stochastic conductivity models." Thesis, University of Edinburgh, 2018. http://hdl.handle.net/1842/31415.
Full textAbstract:
Uncertainty Quantification (UQ) has been an active area of research in recent years with a wide range of applications in data and imaging sciences. In many problems, the source of uncertainty stems from an unknown parameter in the model. In physical and engineering systems for example, the parameters of the partial differential equation (PDE) that model the observed data may be unknown or incompletely specified. In such cases, one may use a probabilistic description based on prior information and formulate a forward UQ problem of characterising the uncertainty in the PDE solution and observations in response to that in the parameters. Conversely, inverse UQ encompasses the statistical estimation of the unknown parameters from the available observations, which can be cast as a Bayesian inverse problem. The contributions of the thesis focus on examining the aforementioned forward and inverse UQ problems for the low-frequency, time-harmonic Maxwell equations, where the model uncertainty emanates from the lack of knowledge of the material conductivity parameter. The motivation comes from the Controlled-Source Electromagnetic Method (CSEM) that aims to detect and image hydrocarbon reservoirs by using electromagnetic field (EM) measurements to obtain information about the conductivity profile of the sub-seabed. Traditionally, algorithms for deterministic models have been employed to solve the inverse problem in CSEM by optimisation and regularisation methods, which aside from the image reconstruction provide no quantitative information on the credibility of its features. This work employs instead stochastic models where the conductivity is represented as a lognormal random field, with the objective of providing a more informative characterisation of the model observables and the unknown parameters. The variational formulation of these stochastic models is analysed and proved to be well-posed under suitable assumptions. For computational purposes the stochastic formulation is recast as a deterministic, parametric problem with distributed uncertainty, which leads to an infinite-dimensional integration problem with respect to the prior and posterior measure. One of the main challenges is thus the approximation of these integrals, with the standard choice being some variant of the Monte-Carlo (MC) method. However, such methods typically fail to take advantage of the intrinsic properties of the model and suffer from unsatisfactory convergence rates. Based on recently developed theory on high-dimensional approximation, this thesis advocates the use of Sparse Quadrature (SQ) to tackle the integration problem. For the models considered here and under certain assumptions, we prove that for forward UQ, Sparse Quadrature can attain dimension-independent convergence rates that out-perform MC. Typical CSEM models are large-scale and thus additional effort is made in this work to reduce the cost of obtaining forward solutions for each sampling parameter by utilising the weighted Reduced Basis method (RB) and the Empirical Interpolation Method (EIM). The proposed variant of a combined SQ-EIM-RB algorithm is based on an adaptive selection of training sets and a primal-dual, goal-oriented formulation for the EIM-RB approximation. Numerical examples show that the suggested computational framework can alleviate the computational costs associated with forward UQ for the pertinent large-scale models, thus providing a viable methodology for practical applications.
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Sylvand, Guillaume. "La méthode multipôle rapide en électromagnétisme : performances, parallèlisation, applications." Marne-la-vallée, ENPC, 2002. http://www.theses.fr/2002ENPC0208.
Full textAbstract:
Parmi les différentes méthodes permettant de résoudre les équations de Maxwell harmoniques pour les problèmes de diffraction d'onde, la méthode des éléments finis de frontière offre la particularité de permettre une résolution exacte tout en prenant parfaitement en compte les conditions de radiation à l'infini. De plus, seule la frontière des objets doit être maillée. Exemple de calcul sur un F117 représente les différentes étapes d'un calcul sur le maillage surfacique d'un avion furtif, sur les courants surfaciques (du moins leur partie réelle)issus de l'illumination par une onde plane et le champ lointain diffracté dans un plan horizontal. L'utilisation de la méthode multipôle rapide, en conjonction avec un solveur itératif comme GMRES, permet de repousser des limites et de traiter des cas de calcul beaucoup plus volumineux. En collaboration avec EADS-CCP, nous avons développé une implémentation parallèle haute performance de la méthode multipôle rapide qui nous a permis de résoudre des problèmes de diffraction d'ondes électromagnétiques par des structures de taille jamais atteinte auparavant. Par exemple, un avion illuminé par une onde plane de fréquence1 GHz conduit à la résolution d'un système linéaire plein d'ordre 10 puissance 6. Cette résolution, quasiment irréalisable sans méthode multipôle, prend désormais 19 heures sur une station de travail. Des calculs portant sur plusieurs dizaines de millions d'inconnues ont également été réalisés surcalculateurs parallèles.
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Olivares, Nicole Michelle. "Accuracy of Wave Speeds Computed from the DPG and HDG Methods for Electromagnetic and Acoustic Waves." PDXScholar, 2016. http://pdxscholar.library.pdx.edu/open_access_etds/2920.
Full textAbstract:
We study two finite element methods for solving time-harmonic electromagnetic and acoustic problems: the discontinuous Petrov-Galerkin (DPG) method and the hybrid discontinuous Galerkin (HDG) method.
The DPG method for the Helmholtz equation is studied using a test space normed by a modified graph norm. The modification scales one of the terms in the graph norm by an arbitrary positive scaling parameter. We find that, as the parameter approaches zero, better results are obtained, under some circumstances. A dispersion analysis on the multiple interacting stencils that form the DPG method shows that the discrete wavenumbers of the method are complex, explaining the numerically observed artificial dissipation in the computed wave approximations. Since the DPG method is a nonstandard least-squares Galerkin method, its performance is compared with a standard least-squares method having a similar stencil.
We study the HDG method for complex wavenumber cases and show how the HDG stabilization parameter must be chosen in relation to the wavenumber. We show that the commonly chosen HDG stabilization parameter values can give rise to singular systems for some complex wavenumbers. However, this failure is remedied if the real part of the stabilization parameter has the opposite sign of the imaginary part of the wavenumber. For real wavenumbers, results from a dispersion analysis for the Helmholtz case are presented. An asymptotic expansion of the dispersion relation, as the number of mesh elements per wave increase, reveal values of the stabilization parameter that asymptotically minimize the HDG wavenumber errors. Finally, a dispersion analysis of the mixed hybrid Raviart-Thomas method shows that its wavenumber errors are an order smaller than those of the HDG method.
We conclude by presenting some contributions to the development of software tools for using the DPG method and their application to a terahertz photonic structure. We attempt to simulate field enhancements recently observed in a novel arrangement of annular nanogaps.
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Bíreš, Pavol. "Numerické metody výpočtu elektromagnetického pole." Master's thesis, Vysoké učení technické v Brně. Fakulta elektrotechniky a komunikačních technologií, 2010. http://www.nusl.cz/ntk/nusl-218771.
Full textAbstract:
The aim of the work is to study the electromagnetic field theory, finite element method and the interaction of electromagnetic field with tissues. Gained knowledge is then used to calculate spreading of the electromagnetic field in the microwave field and to create a temperature profile of spreading the electromagnetic fields in human tissue. The finite element method was implemented in the Matlab programming environment, where the 1D model was created in the frequency and time domain and a simple 2D model created in time domain. The program was developed to analyze spreading electromagnetic wave. Another part of work was done in the programming environment of COMSOL Multiphysics. In this case was the human leg exposed to electromagnetic fields. The analysis determined the changes of temperature in these biological tissues for six minutes.
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Cloos, Cai Constantin [Verfasser]. "On the long-time behavior of the three-dimensional Dirac-Maxwell equation with zero magnetic field / Cai Constantin Cloos." Bielefeld : Universitätsbibliothek Bielefeld, 2020. http://d-nb.info/1224313135/34.
Full text
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Sakly, Hamdi. "Opérateur intégral volumique en théorie de diffraction électromagnétique." Thesis, Rennes 1, 2014. http://www.theses.fr/2014REN1S028.
Full textAbstract:
Le problème de diffraction électromagnétique gouverné par les équations de Maxwell admet une formulation équivalente par une équation intégrale volumique fortement singulière. Cette thèse a pour but d'examiner l'opérateur intégral qui décrit cette équation. La première partie de ce manuscrit porte sur l'étude de son spectre essentiel. Cette analyse est intéressante en vue d'obtenir les conditions nécessaires et suffisantes pour avoir l'unicité de solutions du problème surtout quand il s'agirait de la diffraction des ondes par des matériaux négatifs où les techniques classiques perdent leurs utilité. Après avoir justifié le bon choix du cadre fonctionnel, nous étudions tout d'abord le cas où les paramètres caractéristiques du milieu à savoir la permittivité électrique et la perméabilité magnétique sont constants par morceaux avec discontinuité au travers du bord de la cible. Dans ce cadre, nous donnons une réponse complète à la question pour les domaines réguliers et Lipschitziens. Ensuite, et à l'aide d'une technique de localisation, nous donnons une extension de ces résultats dans le cas des paramètres réguliers par morceaux pour deux opérateurs intégraux, l'un qui correspond à la version diélectrique du problème et l'autre pour sa version magnétique. Nous terminons cette thèse par l'étude de la dérivée de forme des opérateurs diélectrique et magnétique et nous en déduisons une nouvelle caractérisation de la dérivée de forme des solutions des deux problèmes de diffractionThe electromagnetic diffraction problem which is governed by the Maxwell equations admits an equivalent formulation in terms of a strongly singular volume integral equation. This thesis aims to examine the integral operator that describes this equation. The first part of this document focuses on the study of its essential spectrum. This analysis is interesting to get the necessary and sufficient conditions of solution uniqueness of the problem especially when we consider the diffraction of waves by negative materials where classic tools lose their usefulness. After justifying the adequate choice of the functional framework, we first study the case where the characteristics parameters of the medium like the electric permittivity and magnetic permeability are piecewise constant with discontinuity across the boundary of the target. In this context, we give a full answer to the question for smooth and Lipschitz domains. Then, by using a localization technique, we give an extension of those results in the case of piecewise regular parameters for two integrals operators, one which corresponds to the dielectric version of the problem and the other for its magnetic version. We end this thesis by the study of the shape derivative of the dielectric and magnetic operators and we derive a new characterization of the shape derivative of the two diffraction problems solution
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Allanson, Oliver Douglas. "Theory of one-dimensional Vlasov-Maxwell equilibria : with applications to collisionless current sheets and flux tubes." Thesis, University of St Andrews, 2017. http://hdl.handle.net/10023/11916.
Full textAbstract:
Vlasov-Maxwell equilibria are characterised by the self-consistent descriptions of the steady-states of collisionless plasmas in particle phase-space, and balanced macroscopic forces. We study the theory of Vlasov-Maxwell equilibria in one spatial dimension, as well as its application to current sheet and flux tube models. The ‘inverse problem' is that of determining a Vlasov-Maxwell equilibrium distribution function self-consistent with a given magnetic field. We develop the theory of inversion using expansions in Hermite polynomial functions of the canonical momenta. Sufficient conditions for the convergence of a Hermite expansion are found, given a pressure tensor. For large classes of DFs, we prove that non-negativity of the distribution function is contingent on the magnetisation of the plasma, and make conjectures for all classes. The inverse problem is considered for nonlinear ‘force-free Harris sheets'. By applying the Hermite method, we construct new models that can describe sub-unity values of the plasma beta (βpl) for the first time. Whilst analytical convergence is proven for all βpl, numerical convergence is attained for βpl = 0.85, and then βpl = 0.05 after a ‘re-gauging' process. We consider the properties that a pressure tensor must satisfy to be consistent with ‘asymmetric Harris sheets', and construct new examples. It is possible to analytically solve the inverse problem in some cases, but others must be tackled numerically. We present new exact Vlasov-Maxwell equilibria for asymmetric current sheets, which can be written as a sum of shifted Maxwellian distributions. This is ideal for implementations in particle-in-cell simulations. We study the correspondence between the microscopic and macroscopic descriptions of equilibrium in cylindrical geometry, and then attempt to find Vlasov-Maxwell equilibria for the nonlinear force-free ‘Gold-Hoyle' model. However, it is necessary to include a background field, which can be arbitrarily weak if desired. The equilibrium can be electrically non-neutral, depending on the bulk flows.
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Stadnicki, Yann. "Théorie de la diffusion dans un espace-temps de Reissner-Nordstrøm extrème pour des champs de Dirac (chargés et massifs) et de Maxwell." Bordeaux 1, 2008. http://www.theses.fr/2008BOR16022.
Full textAbstract:
Cette thèse établit, dans une première partie, une théorie de la diffusion pour un champ éléctromagnétique, ou champ de Maxwell, dans l'espace-temps de Reissner-Nordstrøm extrême. Cela revient à prouver l'existence et la complétude asymptotique des opérateurs d'onde modifiés, à l'horizon et à l'infini spatial. Dans une seconde partie, nous exposons une théorie de la diffusion pour un champ de Dirac massif et chargé, toujours dans l'espace-temps de Reissner-Nordstrøm
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Freitas, Tiago Carlos Adorno de. "Efeitos clássicos e quânticos em teorias não comutativas." Universidade de São Paulo, 2013. http://www.teses.usp.br/teses/disponiveis/43/43134/tde-27032013-140230/.
Full textAbstract:
A presente tese de Doutorado refere-se a problemas em teoria de campos e mecânica quântica no espaço não comutativo (NC). Abordamos alguns sistemas físicos bem estudados em física teórica, como a teoria de Maxwell na presença de fontes externas, equação de Pauli, equação de Dirac em campos externos e o espectro do átomo de hidrogênio relativístico. Como um primeiro problema estudamos a teoria de calibre U(1)* e extendemos o mapa de Seiberg-Witten para incluir uma corrente externa e formulamos equações clássicas para os campos no espaço não comutativo. Soluções no vácuo e em um campo magnético externo para uma carga estática de tamanho finito a foram determinadas. Encontramos que uma carga estática além de ser um monopolo elétrico comporta-se como um dipolo magnético e um campo magnético externo modifica o campo de Coulomb a longas distâncias bem como alguns fatores de forma eletromagnéticos, comportamentos inerentes a consideração de uma geometria NC. Nesta direção analisamos a ambiguidade no mapa de Seiberg-Witten e mostramos que, no mínimo até a ordem estudada aqui, isto é equivalente a ambiguidade de se adicionar uma solução homogênea à condição de conservação da corrente. Demandando que o momento magnético NC seja menor que o erro existente na medida do momento magnético de léptons, obtemos uma estimativa superior para o parâmetro e seu comprimento fundamental associado l. Estudamos os níveis de energia do átomo de hidrogênio relativístico no formalismo da equação de Dirac no espaço NC para o campo de Coulomb. Demonstramos que no caso relativístico a não comutatividade quebra totalmente a degenerescência dos níveis 2S1/2; 2P1/2 e 2P3/2, abrindo novos canais de transição permitidos. Por fim construímos uma equação de onda não relativística para partículas de spin 1/2 através do limite não relativístico da equação de Dirac no espaço NC. Apresentamos um modelo pseudoclássico (à-la Berezin-Marinov) cuja quantização coincide com as equações de onda não relativísticas. Através da interação entre um spin não-relativístico e o campo magnético, através da equação de Pauli no espaço NC, construímos uma generalização para o modelo de Heisenberg para dois spins acoplados no espaço NC. Em tal modelo calculamos a amplitude de probabilidade de transição entre dois estados ortogonais do tipo EPR (Einstein-Podolsky-Rosen) submetidos em um campo magnético oscilatório e mostramos que, algumas de tais transições, que são proibidas no espaço comutativo são possíveis devido a não comutatividade do espaço.The present PhD thesis refers to problems in field theory and quantum mechanics in noncommutative (NC) space. We study some well known physical systems in theoretical physics, such as the Maxwell theory in the presence of external sources, the Pauli equation, the Dirac equation with external fields and the relativistic Hydrogen atom. First we study the U(1)* gauge theory and extend the Seiberg-Witten map to include an external current and formulate classical field equations in NC space. Solutions in the vacuum and in an external magnetic field for a static charge of finite size a is determined. We find that a static charge in NC space, besides being an electric monopole, behaves as a magnetic dipole and the external magnetic field modifies the Coulomb law at large distances, as well as some electromagnetic form factors. In this direction we analyse the arbitrariness in the Seiberg-Witten map and show that, at least to the order studied here, this is equivalent to adding a homogeneous solution to the charge conservation condition. Demanding that the NC magnetic moment be less than the existing error in the measurement of leptons magnetic moment we obtain an upper bound for the NC parameter and its associated fundamental length l. In addition we consider the energy levels of a hydrogen-like atom in the framework of a -modified, due to space noncommutativity, Dirac equation with a Coulomb field. It is shown that the noncommutativity completely breaks the degeneracy of the 2S1/2; 2P1/2 and 2P3/2 levels, allowing for new transition channels. At last, but not least, we construct a nonrelativistic wave equation for spin 1/2 particles through the nonrelativistic limit of the NC Dirac equation. We present a pseudoclassical model (à-la Berezin-Marinov) whose quantization coincides with the nonrelativistic wave equations. By extracting the interaction between a nonrelativistic spin and the magnetic field, from the obtained Pauli equation in NC space, we construct a generalization of the Heisenberg model for two coupled spins in NC space. In such model, it is calculated the transition probability amplitude between two orthogonal EPR (Einstein-Podolsky-Rosen) states submitted in the presence of an oscilatory magnetic field and we shown that some of such transitions, which are forbidden in NC space are possible due to space noncommutativity.
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El, Feddi Mustapha. "Homogénéisation des équations de Maxwell dans les structures périodiques, rôle de la fréquence dans la loi de comportement." Paris 11, 1996. http://www.theses.fr/1996PA112360.
Full textAbstract:
On présente dans ce travail une nouvelle approche de l'homogénéisation des équations de Maxwell dans les structures périodiques. La solution est supposée décomposée en deux parties : la première représente le champ à grande échelle ou le champ macroscopique, et la deuxième le champ à petite échelle ou champ de perturbation à fréquence spatiale élevée. Nous avons obtenu un problème de Maxwell posé sur la cellule de base et appelé problème cellulaire, dont la résolution, par la méthode des éléments fInis, nous a permis de dégager la loi de comportement homogénéisée et donc le matériau homogène équivalent. Une étude approfondie du problème cellulaire nous a conduit à établir trois différentes situations d'homogénéisation, que nous avons convenu d'appeler le statique, la dynamique et la situation de haute fréquence. La situation en statique correspond à une loi de comportement obtenue par les techniques classiques d'homogénéisation, celle de la dynamique prévoit une loi de comportement dépendant de la fréquence, et la situation de haute fréquence conduit à un comportement approprié. Dans certains cas, le matériau homogène équivalent obtenu est chiral, dans le sens où l'induction magnétique B ne dépend pas seulement du champ magnétique H mais aussi du champ électrique E, et de même pour l'induction électrique D, et ceci bien que les matériaux de départ ne soient pas eux même chirauxWe present in this work a novel approach of homogenisation technique for Maxwell equations in periodic structures. The solution is supposed to be a sum of a macroscopic field (or a field with slow variations), and a microscopic field (or a perturbation field with high spatial frequency). We obtain a specific Maxwell problem in the basic cell, called the cell-problem whose solution, by a finite element method, allows to find the constitutive law of equivalent media. A study of cell-problem leads to three different situations of homogenisation: the static one, the dynamic one and the high frequency one. The situation of static case corresponds to the constitutive law given by classic homogenisation techniques, the dynamic situation provides a constitutive law depending on frequency, and the situation of high frequency leads to an appropriate behaviour. Ln some cases, the equivalent media is chiral: we see "cross-dependencies", the magnetic induction B depends not only on magnetic field H but on electric field E as well, and the electric induction D depends both on E and H, even with non-chiral components
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Greengard, Daniel Bijan. "Complex Boundary Integral Equation Formulation and Stability Analysis of a Maxwell Model and of an Elastic Model of Solid-Solid Phase Transformations." Thesis, University of California, Berkeley, 2016. http://pqdtopen.proquest.com/#viewpdf?dispub=10151003.
Full textAbstract:
We study a viscoelastic model of the solid-solid phase change of olivine to its denser $\beta$-spinel state at high pressures and temperatures reachable in laboratory experiments matching conditions typical of Earth's mantle. Using a previously unknown technique, the equations are transformed to the problem of finding two complex analytic functions in the sample satisfying certain conditions on the outer boundary. The Sherman-Lauricella boundary integral equation is used in a numerical algorithm that eliminates the bottleneck of having to solve a large matrix equation at every timestep. The method is implemented and used to compute the solution of a number of non-axisymmetric test problems, some static and some dynamic in time. Next we develop an alternative formulation in which the Lam\'e equations of linearized elasticity are used to model the deformation of the two phases, and we allow for compressibility. The formulation is novel in that separate reference configurations are maintained for the core and shell regions of the sample that grow or shrink in time by accretion or removal at the boundary, one at the expense of the other. We then compare the behavior of the evolution of this system to the incompressible viscoelastic case and to an alternative elastic model. Finally, we study the stability of circular interfaces with axisymmetric initial data under the evolution equations. For various parameter values of the circular interface evolution, we find families of small perturbations of the circular interface and radial interface velocity jump that either grow or decay exponentially in time. In unstable cases, the growth rate increases without bound as the wave number of the perturbation increases. In stable cases, the evolution equations are well-posed until the interface leaves the stability regime, at which point the numerical solutions blow up in an oscillatory manner. Examples of stable and unstable behavior are presented.
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Koné, El Hadji. "Equations intégrales volumiques pour la diffraction d'ondes électromagnétiques par un corps diélectrique." Phd thesis, Université Rennes 1, 2010. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00504939.
Full textAbstract:
Ce travail est dévolu à l'étude de la diffraction d'ondes électromagnétiques par un corps diélectrique. Des équations de Maxwell, nous dérivons deux équations intégrales. L'une est une équation intégrale volumique à noyau fortement singulier et l'autre, une équation intégrale couplée surface-volume à noyau faiblement singulier. Ces deux formulations sont analysées, à l'aide des résultats standard de Fredholm, en considérant une permittivité électrique discontinue à travers le bord du diélectrique. Cette hypothèse est réaliste et permet de prendre en compte des matériaux composés de différentes couches diélectriques. L'équation intégrale volumique est ensuite résolue numériquement. A cette fin, nous avons développé une méthode pour traiter les singularités de l'opérateur intégral volumique. Cette méthode de traitement des singularités est une méthode de changements de variables faisant appel aux transformations de Duffy et elle peut s'appliquer à une classe plus grande d'opérateurs intégraux. La méthode et l'équation intégrale volumique sont implémentées dans le code Mélina++ qui est une librairie d'éléments fins développée au sein de l'Institut de Recherche Mathématique de Rennes. Quelques résultats de tests numériques viennent, enfin, compléter le travail.
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Mallet, Jessy. "Contribution à la modélisation et à la simulation numérique multi-échelle du transport cinétique électronique dans un plasma chaud." Thesis, Bordeaux 1, 2012. http://www.theses.fr/2012BOR14584/document.
Full textAbstract:
En physique des plasmas, le transport des électrons peut être décrit d'un point de vue cinétique ou d'un point de vue hydrodynamique.En théorie cinétique, une équation de Fokker-Planck couplée aux équations de Maxwell est utilisée habituellement pour décrire l'évolution des électrons dans un plasma collisionnel. Plus précisément la solution de l'équation cinétique est une fonction de distribution non négative f spécifiant la densité des particules en fonction de la vitesse des particules, le temps et la position dans l'espace. Afin d'approcher la solution de ce problème cinétique, de nombreuses méthodes de calcul ont été développées. Ici, une méthode déterministe est proposée dans une géométrie plane. Cette méthode est basée sur différents schémas numériques d'ordre élevé . Chaque schéma déterministe utilisé présente de nombreuses propriétés fondamentales telles que la conservation du flux de particules, la préservation de la positivité de la fonction de distribution et la conservation de l'énergie. Cependant, le coût de calcul cinétique pour cette méthode précise est trop élevé pour être utilisé dans la pratique, en particulier dans un espace multidimensionnel.Afin de réduire ce temps de calcul, le plasma peut être décrit par un modèle hydrodynamique. Toutefois, pour les nouvelles cibles à haute énergie, les effets cinétiques sont trop importants pour les négliger et remplacer le calcul cinétique par des modèles habituels d'Euler macroscopiques. C'est pourquoi une approche alternative est proposée en considérant une description intermédiaire entre le modèle fluide et le modèle cinétique. Pour décrire le transport des électrons, le nouveau modèle réduit cinétique M1 est basé sur une approche aux moments pour le système Maxwell-Fokker-Planck. Ce modèle aux moments utilise des intégrations de la fonction de distribution des électrons sur la direction de propagation et ne retient que l'énergie des particules comme variable cinétique. La variable de vitesse est écrite en coordonnées sphériques et le modèle est défini en considérant le système de moments par rapport à la variable angulaire. La fermeture du système de moments est obtenue sous l'hypothèse que la fonction de distribution est une fonction d'entropie minimale. Ce modèle satisfait les propriétés fondamentales telles que la conservation de la positivité de la fonction de distribution, les lois de conservation pour les opérateurs de collision et la dissipation d'entropie. En outre une discrétisation entropique avec la variable de vitesse est proposée sur le modèle semi-discret. De plus, le modèle M1 peut être généralisé au modèle MN en considérant N moments donnés. Le modèle aux N-moments obtenu préserve également les propriétés fondamentales telles que les lois de conservation et la dissipation de l'entropie. Le schéma semi-discret associé préserve les propriétés de conservation et de décroissance de l'entropieIn plasma physics, the transport of electrons can be described from a kinetic point of view or from an hydrodynamical point of view.Classically in kinetic theory, a Fokker-Planck equation coupled with Maxwell equations is used to describe the evolution of electrons in a collisional plasma. More precisely the solution of the kinetic equations is a non-negative distribution function f specifying the density of particles as a function of velocity of particles, the time and the position in space. In order to approximate the solution of such problems, many computational methods have been developed. Here, a deterministic method is proposed in a planar geometry. This method is based on different high order numerical schemes. Each deterministic scheme used presents many fundamental properties such as conservation of flux particles, preservation of positivity of the distribution function and conservation of energy. However the kinetic computation of this accurate method is too expensive to be used in practical computation especially in multi-dimensional space.To reduce the computational time, the plasma can be described by an hydrodynamic model. However for the new high energy target drivers, the kinetic effects are too important to neglect them and replace kinetic calculus by usual macroscopic Euler models.That is why an alternative approach is proposed by considering an intermediate description between the fluid and the kinetic level. To describe the transport of electrons, the new reduced kinetic model M1 proposed is based on a moment approach for Maxwell-Fokker-Planck equations. This moment model uses integration of the electron distribution function on the propagating direction and retains only the energy of particles as kinetic variable. The velocity variable is written in spherical coordinates and the model is written by considering the system of moments with respect to the angular variable. The closure of the moments system is obtained under the assumption that the distribution function is a minimum entropy function. This model is proved to satisfy fundamental properties such as the non-negativity of the distribution function, conservation laws for collision operators and entropy dissipation. Moreover an entropic discretization in the velocity variable is proposed on the semi-discrete model. Moreover the M1 model can be generalized to the MN model by considering N given moments. The N-moments model obtained also preserves fundamental properties such as conservation laws and entropy dissipation. The associated semi-discrete scheme is shown to preserve the conservation properties and entropy decay
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Ebrard, Géraldine. "Etude mathématique et numérique de modèles non-linéaires issus de la physique des plasmas." Bordeaux 1, 2005. http://www.theses.fr/2005BOR13115.
Full text
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Joly, Patrick. "Analyse numérique et mathématique de problèmes liés à la propagation d'ondes acoustiques élastiques et électromagnetiques." Paris 9, 1987. https://portail.bu.dauphine.fr/fileviewer/index.php?doc=1987PA090007.
Full textAbstract:
Etude de différents problèmes liés à l'analyse mathématique et numérique de phénomènes de propagation d'ondes linéaires. Simulation numérique de la propagation d'ondes acoustiques ou élastiques en milieu borné. Construction et analyse d'approximations paraxiales de l'équation des ondes en milieu hétérogène. Electromagnétisme et équations de Maxwell. Existence d'ondes élastiques guidées par l'extérieur d'une cavité cylindrique de section arbitraire.
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Marchand, Renier Gustav. "Finite element tearing and interconnecting for the electromagnetic vector wave equation in two dimensions." Thesis, Stellenbosch : University of Stellenbosch, 2007. http://hdl.handle.net/10019.1/2471.
Full textAbstract:
Thesis (MScEng (Electrical and Electronic Engineering))--University of Stellenbosch, 2007.The finite element tearing and interconnect(FETI) domain decomposition(DD) method is investigated in terms of the 2D transverse electric(TEz) finite element method(FEM). The FETI is for the first time rigorously derived using the weighted residual framework from which important insights are gained. The FETI is used in a novel way to implement a total-/scattered field decomposition and is shown to give excellent results. The FETI is newly formulated for the time domain(FETI-TD), its feasibility is tested and it is further formulated and tested for implementation on a distributed computer architecture.
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Bonnet, Anne-Sophie. "Analyse mathematique de la propagation de modes guides dans les fibres optiques." Paris 6, 1988. http://www.theses.fr/1988PA066093.
Full textAbstract:
L'etude de la propagation d'ondes guidees dans des structures dielectriques cylindriques (fibres optiques en particulier) est un probleme vectoriel, susceptible de se reduire a un probleme scalaire dans le cadre de l'approximation dite de "faible guidage". La premiere partie traite de la partie vectorielle, la seconde, de la partie scalaire. Dans ces deux parties sont etudiees la relation de dispersion en fonction du profil d'indice de refraction
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Haddar, Houssem. "Modèles asymptotiques en ferromagnétisme : couches minces et homogénéisation." Phd thesis, Ecole des Ponts ParisTech, 2000. http://pastel.archives-ouvertes.fr/pastel-00002381.
Full textAbstract:
Cette thèse s'intéresse, à la diffraction d'ondes électromagnétiques par un matériau ferromagnétique obéissant à la loi non-linéaire de Landau-Lifshitz, et comporte trois parties. On étudie dans la première partie le problème de Cauchy formé par le système de Maxwell et la loi de L.L. On y montre l'existence et l'unicité des solutions fortes en 2D. La deuxième partie traite le problème de diffraction par un revêtement ferromagnétique de faible épaisseur. La couche mince est remplacée par des conditions aux limites équivalentes, obtenues via un développement asymptotique par rapport à l'épaisseur et permettant un calcul approchée de la solution. La stabilité (ou instabilité) de ces conditions est analysée dans le cas général mais l'étude de l'erreur pour le problème non-linéaire n'a été faite que pour le modèle 1D. On propose et on étudie ensuite deux schémas de discrétisation en temps. L'intérêt pratique de ces conditions équivalentes a été mis en évidence par des expériences numériques 1D et 2D. La troisième partie est consacrée à l'homogénéisation d'un milieu ferromagnétique périodique. Le modèle homogénéisé est présenté dans le cas général et comprend une loi non linéaire micro-macro non locale. La convergence double échelle est montrée dans le cas laminaire. Le procédé d'homogénéisation est également validé numériquement dans ce cas.
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Silva, Filho Elson Borges da [UNESP]. "Estudo de campo elétrico em linha de transmissão utilizando o método dos elementos de contorno." Universidade Estadual Paulista (UNESP), 2008. http://hdl.handle.net/11449/87237.
Full textAbstract:
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silvafilho_eb_me_ilha.pdf: 1002165 bytes, checksum: 7b47e608bd37c2b8a03cccc84f847230 (MD5)Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)
Este trabalho analisa a aplicação em linhas de transmissão do método dos elementos de contorno para cálculo de potencial e campo elétrico, com um enfoque em eletrostática. O método dos elementos de contorno baseia-se numa formulação integral que elimina a discretização do domínio, restando apenas o contorno, permitindo o cálculo do potencial e do campo elétrico no contorno e na região estudada. O trabalho configura-se como uma revisão sobre eletrostática, ressaltando as equações de Laplace e Poisson, que serão utilizadas para encontrar as equações integrais do contorno. Há também vários tópicos relacionados ao campo elétrico de linhas de transmissão, bem como, ás normas brasileiras e recomendações internacionais que devem ser utilizadas no projeto de linhas de transmissão. O método dos elementos de contorno utiliza tais equações integrais para encontrar o potencial e o campo no contorno, e após conhecidos o potencial e o campo no contorno, pode-se aplicar o método em todo o domínio, obtendo o potencial e o campo. Para isso, apenas o contorno do domínio de interesse deve ser discretizado, o que trás uma enorme vantagem sobre os métodos que utilizam formulação diferencial. Neste trabalho, serão descritas as principais características do código computacional desenvolvido e suas sub-rotinas mais importantes. Para validar o programa, os resultados serão comparados com aqueles calculados por um procedimento analítico, sendo mostrada a eficiência da discretização do solo. São apresentados os resultados obtidos da análise do campo elétrico gerado por algumas silhuetas de linhas de transmissão. Os valores do campo elétrico gerado por estruturas compactas são comparados com estruturas convencionais e estruturas reduzidas (semi-compactas), também serão comparados os valores do gradiente de potencial na superfície dos condutores e suas capacitâncias equivalentes.
This paper analyses the application in transmission lines of the Boundary Element Method (BEM) of the calculation of potential and electric field, with a focus on electrostatic. The Boundary Element Method is based on an integral formulation that eliminates the discretisation of the domain, remaining only the contour, allowing the calculation of the potential and the electric field in the contour and in the region studied. The work is configured as revision on electrostatic, underscoring the equations of Laplace and Poisson, which will be used to find the integral equations of the contour. There are also several topics related to the electric field of transmission lines, as well as to the standards Brazilian and international recommendations to be used in the design of transmission lines. The Boundary Element Method uses such integral equations for finding the potential and electric field in the contour, and after having known the potential and electric field in the contour, the BEM can be applied in the whole domain, and getting the potential and electric field. Therefore, only the contours of the domain of interest should just be discretized, which backward an enormous advantage on the methods that use formulation differential. This paper will describe the main characteristics of computer code developed and their sub-routines more important. To validate the program, the results will be compared with those calculated by an analytic procedure, being shown the efficiency of discretisation of the soil. The results obtained from analysis of the electric field generated by some silhouettes of transmission lines are presented. The values of the electric field generated by compact structures are compared with conventional structures and reduced structures, also will be compared the values of the gradient of potential on the surface of the conductors and their equivalents capacitances.
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Druet, Pierre-Etienne. "Analysis of a coupled system of partial differential equations modeling the interaction between melt flow, global heat transfer and applied magnetic fields in crystal growth." Doctoral thesis, Humboldt-Universität zu Berlin, Mathematisch-Naturwissenschaftliche Fakultät II, 2009. http://dx.doi.org/10.18452/15893.
Full textAbstract:
Hauptthema der Dissertation ist die Analysis eines nichtlinearen, gekoppelten Systems partieller Differentialgleichungen (PDG), das in der Modellierung der Kristallzüchtung aus der Schmelze mit Magnetfeldern vorkommt. Die zu beschreibenden Phenomäne sind einerseits der im elektromagnetisch geheizten Schmelzofen erfolgende Wärmetransport (Wärmeleitung, -konvektion und -strahlung), und andererseits die Bewegung der Halbleiterschmelze unter dem Einfluss der thermischen Konvektion und der angewendeten elektromagnetischen Kräfte. Das Modell besteht aus den Navier-Stokeschen Gleichungen für eine inkompressible Newtonsche Flüssigkeit, aus der Wärmeleitungsgleichung und aus der elektrotechnischen Näherung des Maxwellschen Systems. Wir erörtern die schwache Formulierung dieses PDG Systems, und wir stellen ein Anfang-Randwertproblem auf, das die Komplexität der Anwendung widerspiegelt. Die Hauptfrage unserer Untersuchung ist die Wohlgestelltheit dieses Problems, sowohl im stationären als auch im zeitabhängigen Fall. Wir zeigen die Existenz schwacher Lösungen in geometrischen Situationen, in welchen unstetige Materialeigenschaften und nichtglatte Trennfläche auftreten dürfen, und für allgemeine Daten. In der Lösung zum zeitabhängigen Problem tritt ein Defektmaß auf, das ausser der Flüssigkeit im Rand der elektrisch leitenden Materialien konzentriert bleibt. Da eine globale Abschätzung der im Strahlungshohlraum ausgestrahlten Wärme auch fehlt, rührt ein Teil dieses Defektmaßes von der nichtlokalen Strahlung her. Die Eindeutigkeit der schwachen Lösung erhalten wir nur unter verstärkten Annahmen: die Kleinheit der gegebenen elektrischen Leistung im stationären Fall, und die Regularität der Lösung im zeitabhängigen Fall. Regularitätseigenschaften wie die Beschränktheit der Temperatur werden, wenn auch nur in vereinfachten Situationen, hergeleitet: glatte Materialtrennfläche und Temperaturunabhängige Koeffiziente im Fall einer stationären Analysis, und entkoppeltes, zeitharmonisches Maxwell für das transiente Problem.The present PhD thesis is devoted to the analysis of a coupled system of nonlinear partial differential equations (PDE), that arises in the modeling of crystal growth from the melt in magnetic fields. The phenomena described by the model are mainly the heat-transfer processes (by conduction, convection and radiation) taking place in a high-temperatures furnace heated electromagnetically, and the motion of a semiconducting melted material subject to buoyancy and applied electromagnetic forces. The model consists of the Navier-Stokes equations for a newtonian incompressible liquid, coupled to the heat equation and the low-frequency approximation of Maxwell''s equations. We propose a mathematical setting for this PDE system, we derive its weak formulation, and we formulate an (initial) boundary value problem that in the mean reflects the complexity of the real-life application. The well-posedness of this (initial) boundary value problem is the mainmatter of the investigation. We prove the existence of weak solutions allowing for general geometrical situations (discontinuous coefficients, nonsmooth material interfaces) and data, the most important requirement being only that the injected electrical power remains finite. For the time-dependent problem, a defect measure appears in the solution, which apart from the fluid remains concentrated in the boundary of the electrical conductors. In the absence of a global estimate on the radiation emitted in the cavity, a part of the defect measure is due to the nonlocal radiation effects. The uniqueness of the weak solution is obtained only under reinforced assumptions: smallness of the input power in the stationary case, and regularity of the solution in the time-dependent case. Regularity properties, such as the boundedness of temperature are also derived, but only in simplified settings: smooth interfaces and temperature-independent coefficients in the case of a stationary analysis, and, additionally for the transient problem, decoupled time-harmonic Maxwell.
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Thomas, Jason Christopher. "Prediction of Fluid Viscosity Through Transient Molecular Dynamic Simulations." Diss., CLICK HERE for online access, 2009. http://contentdm.lib.byu.edu/ETD/image/etd3312.pdf.
Full text
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Bonazzoli, Marcella. "Méthodes d'ordre élevé et méthodes de décomposition de domaine efficaces pour les équations de Maxwell en régime harmonique." Thesis, Université Côte d'Azur (ComUE), 2017. http://www.theses.fr/2017AZUR4067/document.
Full textAbstract:
Les équations de Maxwell en régime harmonique comportent plusieurs difficultés lorsque la fréquence est élevée. On peut notamment citer le fait que leur formulation variationnelle n’est pas définie positive et l’effet de pollution qui oblige à utiliser des maillages très fins, ce qui rend problématique la construction de solveurs itératifs. Nous proposons une stratégie de solution précise et rapide, qui associe une discrétisation par des éléments finis d’ordre élevé à des préconditionneurs de type décomposition de domaine. La conception, l’implémentation et l’analyse des deux méthodes sont assez difficiles pour les équations de Maxwell. Les éléments finis adaptés à l’approximation du champ électrique sont les éléments finis H(rot)-conformes ou d’arête. Ici nous revisitons les degrés de liberté classiques définis par Nédélec, afin d’obtenir une expression plus pratique par rapport aux fonctions de base d’ordre élevé choisies. De plus, nous proposons une technique pour restaurer la dualité entre les fonctions de base et les degrés de liberté. Nous décrivons explicitement une stratégie d’implémentation qui a été appliquée dans le langage open source FreeFem++. Ensuite, nous nous concentrons sur les techniques de préconditionnement du système linéaire résultant de la discrétisation par éléments finis. Nous commençons par la validation numérique d’un préconditionneur à un niveau, de type Schwarz avec recouvrement, avec des conditions de transmission d’impédance entre les sous-domaines. Enfin, nous étudions comment des préconditionneurs à deux niveaux, analysés récemment pour l’équation de Helmholtz, se comportent pour les équations de Maxwell, des points de vue théorique et numérique. Nous appliquons ces méthodes à un problème à grande échelle qui découle de la modélisation d’un système d’imagerie micro-onde, pour la détection et le suivi des accidents vasculaires cérébraux. La précision et la vitesse de calcul sont essentielles dans cette applicationThe time-harmonic Maxwell’s equations present several difficulties when the frequency is large, such as the sign-indefiniteness of the variational formulation, the pollution effect and the problematic construction of iterative solvers. We propose a precise and efficient solution strategy that couples high order finite element (FE) discretizations with domain decomposition (DD) preconditioners. High order FE methods make it possible for a given precision to reduce significantly the number of unknowns of the linear system to be solved. DD methods are then used as preconditioners for the iterative solver: the problem defined on the global domain is decomposed into smaller problems on subdomains, which can be solved concurrently and using robust direct solvers. The design, implementation and analysis of both these methods are particularly challenging for Maxwell’s equations. FEs suited for the approximation of the electric field are the curl-conforming or edge finite elements. Here, we revisit the classical degrees of freedom (dofs) defined by Nédélec to obtain a new more friendly expression in terms of the chosen high order basis functions. Moreover, we propose a general technique to restore duality between dofs and basis functions. We explicitly describe an implementation strategy, which we embedded in the open source language FreeFem++. Then we focus on the preconditioning of the linear system, starting with a numerical validation of a one-level overlapping Schwarz preconditioner, with impedance transmission conditions between subdomains. Finally, we investigate how two-level preconditioners recently analyzed for the Helmholtz equation work in the Maxwell case, both from the theoretical and numerical points of view. We apply these methods to the large scale problem arising from the modeling of a microwave imaging system, for the detection and monitoring of brain strokes. In this application accuracy and computing speed are indeed of paramount importance
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Fraboulet, David. "Emission cyclotronique ionique dans les plasmas de Tokamak." Université Joseph Fourier (Grenoble), 1996. http://www.theses.fr/1996GRE10127.
Full textAbstract:
La detection des produits de fusion (3. 5mev) sera d'importance majeure pour la realisation d'une decharge continue dans les reacteurs de fusion thermonucleaire. Du fait de leur giration cyclotronique, les particules emettent dans la bande radiofrequence rf: 10-500mhz. Notre but est de determiner dans quelle mesure la detection du rayonnement rf issu d'un plasma de reacteur peut renseigner sur ces produits de fusion. Experimentalement, nous avons montre que le rayonnement rf emis par des particules rapides situees au centre de la decharge est detectable. Nous proposons ensuite deux modeles complementaires de cette emission. Le premier procede d'une description locale des echanges d'energie entre les photons et le plasma. Les particules ne sont pas les seules a intervenir et la prise en compte de toutes les especes du plasma est necessaire. Il apparait neanmoins que le diagnostic de la fonction de distribution des particules est possible dans une bande de frequence situee au voisinage des trois premiers harmoniques cyclotroniques et a condition de selectionner les modes de faible k#. Dans ce premier modele, la description des modes est realisee en supposant que l'onde est localement plane. Cette hypothese condamne la possibilite de decrire la propagation des photons dans certaines regions singulieres ou le vecteur d'onde ne peut plus etre defini. En pareil cas, l'ecriture d'une equation de continuite sur l'energie necessite la connaissance du champ electrique, et implique la resolution complete des equations de champ. Notre seconde modelisation realise numeriquement la resolution du systeme maxwell-vlasov a partir d'une formulation variationnelle. Une fois le champ calcule, la mesure de correlation entre plusieurs sondes donne acces a la densite de particules. Pour finir nous proposons ume experience pour demontrer la faisabilite d'un diagnostic fournissant la densite centrale de particules dans un reacteur
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Sanogo, Satafa. "Conception optimale de circuits magnétiques dédiés à la propulsion spatiale électrique par des méthodes d'optimisation topologique." Thesis, Toulouse 3, 2016. http://www.theses.fr/2016TOU30015/document.
Full textAbstract:
Dans ces travaux, nous présentons des méthodes d'optimisation théoriques et numériques pour la conception optimale de circuits magnétiques pour propulseurs à effet Hall. Ces problèmes de conception sont des problèmes inverses très difficiles à résoudre que nous formulons sous forme de problèmes d'optimisation topologique. Les problèmes resultant sont non convexes avec des contraintes aux équations différentielles de Maxwell. Au cours de ces travaux, des approches originales ont été proposées afin de résoudre efficacement ces problèmes d'optimisation topologique. L'approche de densité de matériaux SIMP (Solid Isotropic Material with Penalization) qui est une variante de la méthode d'homogénéisation a été privilégiées. De plus, les travaux de ma thèse ont permis la mise en place de codes d'optimisation dénommé ATOP (Algorithm To Optimize Propulsion) utilisant en parallèle les logiciels de calculs scientifiques Matlab et d'élément finis FEMM (Finite Element Method Magnetics). Dans ATOP, nous utilisant à la fois des algorithmes d'optimisation locale de type descente basés sur une analyse de la sensibilité du problème et des algorithmes d'optimisation globale principalement de type Branch and Bound basés sur l'Arithmétique des Intervals. ATOP permettra d'optimiser à la fois la forme topologique des circuits magnétiques mais aussi le temps et le coût de production de nouvelles génération de propulseurs électriquesIn this work, we present theoretical and numerical optimization method for designing magnetic circuits for Hall effect thrusters. These design problems are very difficult inverse ones that we formulate under the form of topology optimization problems. Then, the obtained problems are non convex subject to Maxwell equations like constraints. Some original approaches have been proposed to solve efficiently these topology optimization problems. These approaches are based on the material density model called SIMP approach (Solid Isotropic Material with Penalization) which is a variante of the homogenization method. The results in my thesis allowed to provide optimization source code named ATOP (Algorithm To Optimize Propulsion) unsung in parallel two scientific computing softwares namely Matlab and FEMM (Finite Element Method Magnetics). In ATOP, we use both local optimization algorithms based on sensitivity analysis of the design problem; and global optimization algorithms mainly of type Branch and Bound based on Interval Arithmetic analysis. ATOP will help to optimize both the topological shape of the magnetic circuits and the time and cost of production (design process) of new generations of electrical thrusters
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Tieu, Steven. "The stationary Einstein-Maxwell equations." Thesis, National Library of Canada = Bibliothèque nationale du Canada, 2001. http://www.collectionscanada.ca/obj/s4/f2/dsk3/ftp04/MQ61610.pdf.
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He, Bo. "Compatible discretizations for Maxwell equations." The Ohio State University, 2006. http://rave.ohiolink.edu/etdc/view?acc_num=osu1143171299.
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Layouni, Siham. "Etude d'une méthode de volumes finis pour la résolution des équations de Maxwell en deux dimensions d'espace sur des maillages quelconques et couplage avec l'équation de Vlasov." Toulouse 3, 2008. http://thesesups.ups-tlse.fr/562/.
Full textAbstract:
Nous développons et étudions une méthode de volumes finis pour résoudre le système de Maxwell instationnaire bidimensionnel sur des maillages presque quelconques (non-conformes, non-convexes, aplatis. . ). Nous commençons par la construction du schéma, qui est basé sur l'utilisation des opérateurs discrets de la méthode DDFV et sur un choix pertinent pour la discrétisation des conditions initiales et des conditions aux limites. Ensuite, nous prouvons que ce schéma préserve localement la condition de divergence, que l'énergie électromagnétique discrète est conservée ou décroissante (selon les conditions aux limites) et qu'elle est positive sous condition CFL. Nous montrons aussi la stabilité du schéma sous condition CFL et sa convergence dans les cas de champs réguliers et non réguliers. Ces résultats sont ensuite validés, numériquement avec quelques cas tests sur différents types de maillages. Nous vérifions aussi que l'utilisation des maillages non conformes n'amplifie pas les réflexions parasites. Enfin nous couplons ce schéma avec une méthode PIC pour résoudre le système de Maxwell-Vlasov. Nous calculons la densité de courant avec une généralisation de la méthode de Buneman à des maillages quelconques et nous montrons la conservation des équations de charge discrètes, ce qui permet de conserver la loi de Gauss. Le problème couplé est validé numériquement et la simulation de l'amortissement Landau confirme la décroissance de l'énergie, portée par le champ électrique, avec une précision dépendant du nombre de particules par mailleWe develop and study a finite volume method to solve the bidimensional nonstationary Maxwell equations on arbitrary (non-conforming, non-convex, flat. . . ) meshes. We start by the construction of the scheme, which is based on the use of the DDFV discrete operators and a pertinent choice to discretize initial and boundary conditions. Then, we prove that the scheme locally preserves the divergence condition, that a discrete electromagnetic energy is conserved or decreasing (depending on boundary conditions) and that it is positive under a CFL condition. We also show the stability of the scheme under a CFL condition and its convergence for regular and non-regular fields. Then, these results are numerically validated with some tests using different types of meshes. We verify, also, that the use of non-conforming meshes doesn't amplify parasitic reflections. Finally, we coupled the scheme with a PIC method to solve the Maxwell-Vlasov system. We calculate the current density using a generalization of Buneman's method to arbitrary meshes and we prove that discrete charge equations, and thus Gauss' law, are conserved. The coupled problem is numerically validated and the simulation of Landau damping confirms the electric energy decrease with a precision depending on the number of particles per cell
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Godinho, Pereira David. "Contribution à l'étude des équations de Boltzmann, Kac et Keller-Segel à l'aide d'équations différentielles stochastiques non linéaires." Phd thesis, Université Paris-Est, 2013. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00975091.
Full textAbstract:
L'objet de cette thèse est l'étude de l'asymptotique des collisions rasantes pour les équations de Kac et de Boltzmann ainsi que l'étude de la propagation du chaos pour l'équation de Keller-Segel dans un cadre sous-critique à l'aide d'équations différentielles stochastiques non linéaires. Le premier chapitre est consacré 'a l'équation de Kac avec un potentiel Maxwellien. Nous commençons par donner une vitesse de convergence explicite (que l'on pense être optimale) dans le cadre de l'asymptotique des collisions rasantes. Puis nous approchons la solution de l'équation de Kac dans le cadre général, ce qui nous permet de montrer la propagation du chaos pour un système de particules vers cette dernière de manière quantitative. Dans le deuxième chapitre, nous étudions l'asymptotique des collisions rasantes pour l'équation de Boltzmann avec des potentiels mous et de Coulomb. Nous donnons là encore des vitesses de convergence explicites (mais non optimales).Enfin dans le troisième et dernier chapitre, nous montrons la propagation du chaos pour l'équation de Keller-Segel dans un cadre sous-critique. Pour cela, nous utilisons des arguments de compacité (tension du système de particules)
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Lafitte, Olivier. "Diffraction pour les equations de maxwell." Paris 11, 1992. http://www.theses.fr/1992PA112370.
Full textAbstract:
Nous etudions dans cette these des problemes de diffraction dans l'espace pour des operateurs d'ordre 2. Nous en deduisons la solution des equations de maxwell dans la zone d'ombre d'un obstacle strictement convexe. Nous obtenons des resultats asymptotiques a haute frequence, c'est-a-dire lorsque la longueur d'onde est petite devant les longueurs caracteristiques de l'objet. Nous avons demontre un theoreme donnant l'expression explicite des operateurs de trace associes a l'operateur modele du point strictement diffractif, prolongeant les travaux de g. Lebeau. Nous calculons explicitement les symboles des operateurs de trace scalaire et nous etendons les techniques a des operateurs matriciels. Nous utilisons ces theoremes pour determiner la phase et l'amplitude du rayonnement electromagnetique diffracte dans la zone d'ombre d'un ouvert strictement convexe a bord analytique. Ces resultats demontrent et generalisent les expressions de la theorie geometrique de la diffraction
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Fontaine, Adrien. "Relations de dispersion dans les plasmas magnétisés." Thesis, Rennes 1, 2017. http://www.theses.fr/2017REN1S029/document.
Full textAbstract:
Cette thèse décrit comment les ondes électromagnétiques se propagent dans les plasmas magnétisés, lorsque les fréquences sollicitées sont proches de la fréquence électron cyclotron. Elle porte sur l’analyse mathématique des variétés caractéristiques qui sont associées à des systèmes de type Vlasov-Maxwell relativiste avec paramètres rapides.La première partie s’intéresse aux plasmas froids des magnétosphères planétaires. On explique comment obtenir les relations de dispersion dans le cas d’un dipôle magnétique. Cela conduit à l’étude détaillée de certaines variétés algébriques de l’espace cotangent : les cônes et les sphères dits ordinaires et extraordinaires. La description géométrique de ces cônes et de ces sphères donne accès à une classification complète des ondes électromagnétiques susceptibles de se propager. Diverses applications sont proposées, concernant l’équation eikonale et l’absence de propagation en mode parallèle, ou encore concernant la structure des ondes dites en mode siffleur.La seconde partie porte sur la modélisation des plasmas chauds, typiquement ceux qui sont mis en jeu dans les tokamaks. On prouve dans un contexte réaliste que la propagation des ondes électromagnétiques s’effectue au travers d’un tenseur dielectrique. Ce tenseur est obtenu via une analyse fine des résonances cinétiques qui sont issues des interactions entre les particules (Vlasov) et les ondes (Maxwell). Il s’exprime comme une somme infinie d’intégrales singulières, faisant intervenir l’opérateur de Hilbert. Le sens mathématique de la formule donnant accès à ce tenseur est rigoureusement justifiéThis thesis describes how electromagnetic waves propagate in magnetized plasmas, when the frequencies are in a range around the electron cyclotron frequency. It focuses on the mathematical analysis of the characteristic varieties which are associated with relativistic Vlasov-Maxwell systems involving fast parameters. The first part is concerned with cold plasmas issued from planetary magnetospheres. We explain how to obtain the dispersion relations in the case where the magnetic field is given by a dipole model. This leads to the detailed study of some algebraic varieties from the cotangent space: the so-called ordinary and extraordinary cones and spheres. The geometrical description of these cones and spheres gives access to a complete classification of the electromagnetic waves which can propagate. Various applications are proposed, concerning the eikonal equation and the absence of purely parallel propagation, or concerning the structure of whistler waves. The second part focuses on the modelling of hot plasmas, typically like those involved in tokamaks. We prove in a realistic context that the propagation of electromagnetic waves is governed by some dielectric tensor. This tensor is obtain via some careful analysis of the kinetic resonances, which are issued from the interactions between the particles (Vlasov) and the waves (Maxwell). It can be expressed as an infinite sum of singular integrals, involving the Hilbert transform. The mathematical meaning of the formula defining this tensor is rigorously justified
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Tomezyk, Jérôme. "Résolution numérique de quelques problèmes du type Helmholtz avec conditions au bord d'impédance ou des couches absorbantes (PML)." Thesis, Valenciennes, 2019. http://www.theses.fr/2019VALE0017/document.
Full textAbstract:
Dans cette thèse, nous étudions la convergence de méthode de type éléments finis pour les équations de Maxwell en régime harmonique avec condition au bord d'impédance et l'équation de Helmholtz avec une couche parfaitement absorbante(PML). On étudie en premier, la formulation régularisée de l'équation de Maxwell en régime harmonique avec condition au bord d'impédance (qui consiste à ajouter le term ∇ div à l'équation originale pour avoir un problème elliptique) et on garde la condition d'impédance comme une condition au bord essentielle. Pour des domaines à bord régulier, le caractère bien posé de cette formulation est bien connu mais cela n'est pas le cas pour des domaines polyédraux convexes. On commence alors le premier chapitre par la preuve du caractère bien posé dans le cas du polyèdre convexe, qui est basé sur le fait que l'espace variationnel est inclus dans H¹. Dans le but d'avoir des estimations explicites en le nombre d'onde k de ce problème, il est obligatoire d'avoir des résultats de stabilité explicites en ce nombre d'onde. C'est aussi proposé, pour quelques situations particulières, dans ce chapitre. Dans le second chapitre on décrit les singularités d'arêtes et de coins pour notre problème. On peut alors déduire la régularité de la solution du problème original, ainsi que de son adjoint. On a tous les ingrédients pour proposer une analyse de convergence explicite en k pour une méthode d'éléments finis avec éléments de Lagrange. Dans le troisième chapitre, on considère une méthode d'éléments finis hp non conforme pour un domaine à bord régulier. Pour obtenir des estimations explicites en k, on introduit un résultat de décomposition, qui sépare la solution du problème original (ou de son adjoint) en une partie régulière mais fortement oscillante et une partie moins régulière mais peu oscillante. Ce résultat permet de montrer des estimations explicites en k. Le dernier chapitre est dédié à l'équation de Helmholtz avec une PML. L'équation de Helmholtz dans l'espace entier est souvent utilisée pour modéliser la diffraction d'onde acoustique (en régime harmonique), avec la condition de radiation à l'infini de Sommerfeld. L'ajout d'une PML est une façon pour passer d'un domaine infini à un domaine fini, elle correspond à l'ajout d'une couche autour du domaine de calcul qui absorbe très vite toutes les ondes sortantes. On propose en premier un résultat de stabilité explicite en k. On propose alors deux schémas numériques, une méthode d'éléments finis hp et une méthode multi- échelle basée sur un sous-espace local de correction. Le résultat de stabilité est utilisé pour mettre en relation de choix des paramètres des méthodes numériques considérées avec k. Nous montrons aussi des estimations d'erreur a priori. A la fin de ces chapitres, des tests numériques sont proposés pour confirmer nos résultats théoriquesIn this thesis, we propose wavenumber explicit convergence analyses of some finite element methods for time-harmonic Maxwell's equations with impedance boundary condition and for the Helmholtz equation with Perfectly Matched Layer (PML). We first study the regularized formulation of time-harmonic Maxwell's equations with impedance boundary conditions (where we add a ∇ div-term to the original equation to have an elliptic problem) and keep the impedance boundary condition as an essential boundary condition. For a smooth domain, the wellposedness of this formulation is well-known. But the well-posedness for convex polyhedral domain has been not yet investigated. Hence, we start the first chapter with the proof of the well-posedness in this case, which is based on the fact that the variational space is embedded in H¹. In order to perform a wavenumber explicit error analysis of our problem, a wavenumber explicit stability estimate is mandatory. We then prove such an estimate for some particular configurations. In the second chapter, we describe the corner and edge singularities for such problem. Then we deduce the regularity of the solution of the original and the adjoint problem, thus we have all ingredients to propose a explicit wavenumber convergence analysis for h-FEM with Lagrange element. In the third chapter, we consider a non conforming hp-finite element approximation for domains with a smooth boundary. To perform a wavenumber explicit error analysis, we split the solution of the original problem (or its adjoint) into a regular but oscillating part and a rough component that behaves nicely for large frequencies. This result allows to prove convergence analysis for our FEM, again explicit in the wavenumber. The last chapter is dedicated to the Helmholtz equation with PML. The Helmholtz equation in full space is often used to model time harmonic acoustic scattering problems, with Sommerfeld radiation condition at infinity. Adding a PML is a way to reduce the infinite domain to a finite one. It corresponds to add an artificial absorbing layer surrounding a computational domain, in which scattered wave will decrease very quickly. We first propose a wavenumber explicit stability result for such problem. Then, we propose two numerical discretizations: an hp-FEM and a multiscale method based on local subspace correction. The stability result is used to relate the choice of the parameters in the numerical methods to the wavenumber. A priori error estimates are shown. At the end of each chapter, we perform numerical tests to confirm our theoritical results
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Silva, Filho Elson Borges da. "Estudo de campo elétrico em linha de transmissão utilizando o método dos elementos de contorno /." Ilha Solteira : [s.n.], 2008. http://hdl.handle.net/11449/87237.
Full textAbstract:
Orientador: Luiz Fernando BovolatoBanca: Sérgio Kurokawa
Banca: Afonso José do Prado
Resumo: Este trabalho analisa a aplicação em linhas de transmissão do método dos elementos de contorno para cálculo de potencial e campo elétrico, com um enfoque em eletrostática. O método dos elementos de contorno baseia-se numa formulação integral que elimina a discretização do domínio, restando apenas o contorno, permitindo o cálculo do potencial e do campo elétrico no contorno e na região estudada. O trabalho configura-se como uma revisão sobre eletrostática, ressaltando as equações de Laplace e Poisson, que serão utilizadas para encontrar as equações integrais do contorno. Há também vários tópicos relacionados ao campo elétrico de linhas de transmissão, bem como, ás normas brasileiras e recomendações internacionais que devem ser utilizadas no projeto de linhas de transmissão. O método dos elementos de contorno utiliza tais equações integrais para encontrar o potencial e o campo no contorno, e após conhecidos o potencial e o campo no contorno, pode-se aplicar o método em todo o domínio, obtendo o potencial e o campo. Para isso, apenas o contorno do domínio de interesse deve ser discretizado, o que trás uma enorme vantagem sobre os métodos que utilizam formulação diferencial. Neste trabalho, serão descritas as principais características do código computacional desenvolvido e suas sub-rotinas mais importantes. Para validar o programa, os resultados serão comparados com aqueles calculados por um procedimento analítico, sendo mostrada a eficiência da discretização do solo. São apresentados os resultados obtidos da análise do campo elétrico gerado por algumas silhuetas de linhas de transmissão. Os valores do campo elétrico gerado por estruturas compactas são comparados com estruturas convencionais e estruturas reduzidas (semi-compactas), também serão comparados os valores do gradiente de potencial na superfície dos condutores e suas capacitâncias equivalentes.
Abstract: This paper analyses the application in transmission lines of the Boundary Element Method (BEM) of the calculation of potential and electric field, with a focus on electrostatic. The Boundary Element Method is based on an integral formulation that eliminates the discretisation of the domain, remaining only the contour, allowing the calculation of the potential and the electric field in the contour and in the region studied. The work is configured as revision on electrostatic, underscoring the equations of Laplace and Poisson, which will be used to find the integral equations of the contour. There are also several topics related to the electric field of transmission lines, as well as to the standards Brazilian and international recommendations to be used in the design of transmission lines. The Boundary Element Method uses such integral equations for finding the potential and electric field in the contour, and after having known the potential and electric field in the contour, the BEM can be applied in the whole domain, and getting the potential and electric field. Therefore, only the contours of the domain of interest should just be discretized, which backward an enormous advantage on the methods that use formulation differential. This paper will describe the main characteristics of computer code developed and their sub-routines more important. To validate the program, the results will be compared with those calculated by an analytic procedure, being shown the efficiency of discretisation of the soil. The results obtained from analysis of the electric field generated by some silhouettes of transmission lines are presented. The values of the electric field generated by compact structures are compared with conventional structures and reduced structures, also will be compared the values of the gradient of potential on the surface of the conductors and their equivalents capacitances.
Mestre
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Andersson, Ulf. "Time-Domain Methods for the Maxwell Equations." Doctoral thesis, Stockholm : Tekniska högsk, 2001. http://urn.kb.se/resolve?urn=urn:nbn:se:kth:diva-3094.
Full text
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El, Rhabi Mohammed. "Analyse Numérique et discrétisation par éléments spectraux avec joints des équations tridimensionnelles de l'électromagnétisme." Phd thesis, Université Pierre et Marie Curie - Paris VI, 2002. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00002224.
Full textAbstract:
Cette thèse a pour objet l'analyse et la discrétisation numérique des équations tridimensionnelles de l'électromagnétisme. Ces travaux débutent par l'étude de ces équations dans un domaine b orné multiplement connexe. Un théorème d'existence général a été établi, en proposant une nouvelle approche du problème, en le reformulant à l'aide d'un opérateur approprié, tenant compte des omplexités géométriques du domaine. Dans la suite, après avoir donnée un résultat de régularité, on propose une approximation numérique de la solution par une méthode spectrale. La méthode est, d'une part, analysée numériquement dans le cas d'une décomposition conforme du domaine, et d'autre, implantée dans le cadre d'un code 3D. Des tests numériques illustrant les prévisions théoriques sont exposés et comparés à ceux obtenus par une méthode d'éléments finis de type P1 qu'on présentera sommairement. En outre, les quatre premières valeurs propres du problème discret sont calculées et comparées à celui du spectre exact. La dernière partie de cette thèse est consacrée à l'étude d'une décomposition de domaine par une méthode spectrale avec joints pour le problème de Maxwell. Il est utile de souligner que les paramètres physiques sont considérés dans cette partie comme pouvant être hétérogènes. On applique cette méthode à un problème type présenté. Ce dernier permet d'unifier deux approches qui habituellement sont distinguées: le problème d'évolution de Maxwell, et le problème de Maxwell en régime harmonique. Des estimations d'erreurs sont démontrées, elles reposent sur un lemme, qui est une variante du second lemme de Strang, permettant de décomposer l'erreur en la somme de trois erreurs principales: l'erreur sur la meilleure approximation, l'erreur de consistance et l'erreur d'intégration numérique. Cette dernière étant obtenue de ma ière classique, les deux autres erreurs ont nécessité une recherche plus approfondie, notamment, la définition d'opérateurs discrets et un Lemme d'augmentation de degré pour l'erreur sur la meilleure approximation. Enfin des courbes d'erreurs et des tests numériques sont exposés validant un code de calcul tridimensionnel développé pour l'approximation de la solution du problème type (pour des paramètres physiques homogènes et hétérogènes).
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Cao, Hongmei. "Problémes bien-posés et étude qualitative pour des équations cinétiques et des équations dissipatives." Thesis, Normandie, 2019. http://www.theses.fr/2019NORMR044/document.
Full textAbstract:
Dans cette thèse, nous étudions certaines équations différentielles partielles avec mécanisme dissipatif, telles que l'équation de Boltzmann, l'équation de Landau et certains systèmes hyperboliques symétriques avec type de dissipation. L'existence globale de solutions ou les taux de dégradation optimaux des solutions pour ces systèmes sont envisagées dans les espaces de Sobolev ou de Besov. Les propriétés de lissage des solutions sont également étudiées. Dans cette thèse, nous prouvons principalement les quatre suivants résultats, voir les chapitres 3-6 pour plus de détails. Pour le premier résultat, nous étudions le problème de Cauchy pour le non linéaire inhomogène équation de Landau avec des molécules Maxwelliennes (= 0). Voir des résultats connus pour l'équation de Boltzmann et l'équation de Landau, leur existence globale de solutions est principalement prouvée dans certains espaces de Sobolev (pondérés) et nécessite un indice de régularité élevé, voir Guo [62], une série d'oeuvres d'Alexander Morimoto-Ukai-Xu-Yang [5, 6, 7, 9] et des références à ce sujet. Récemment, Duan-Liu-Xu [52] et Morimoto-Sakamoto [145] ont obtenu les résultats de l'existence globale de solutions à l'équation de Boltzmann dans l'espace critique de Besov. Motivés par leurs oeuvres, nous établissons l'existence globale de la solution dans des espaces de Besov spatialement critiques dans le cadre de perturbation. Précisément, si le datum initial est une petite perturbation de la distribution d'équilibre dans l'espace Chemin-Lerner eL 2v (B3=2 2;1 ), alors le problème de Cauchy de Landau admet qu'une solution globale appartient à eL 1t eL 2v (B3=2 2;1 ). Notre résultat améliore le résultat dans [62] et étend le résultat d'existence globale de l'équation de Boltzmann dans [52, 145] à l'équation de Landau. Deuxièmement, nous considérons le problème de Cauchy pour l'équation de Kac non-coupée spatialement inhomogène. Lerner-Morimoto-Pravda-Starov-Xu a considéré l'équation de Kac non-coupée spatialement inhomogène dans les espaces de Sobolev et a montré que le problème de Cauchy pour la fluctuation autour de la distribution maxwellienne admise S 1+ 1 2s 1+ 1 2s Propriétés de régularité Gelfand-Shilov par rapport à la variable de vélocité et propriétés de régularisation G1+ 1 2s Gevrey à la variable de position. Et les auteurs ont supposé qu'il restait encore à déterminer si les indices de régularité 1 + 1 2s étaient nets ou non. Dans cette thèse, si la donnée initiale appartient à l'espace de Besov spatialement critique, nous pouvons prouver que l'équation de Kac inhomogène est bien posée dans un cadre de perturbation. De plus, il est montré que la solution bénéficie des propriétés de régularisation de Gelfand-Shilov en ce qui concerne la variable de vitesse et des propriétés de régularisation de Gevrey en ce qui concerne la variable de position. Dans notre thèse, l'indice de régularité de Gelfand-Shilov est amélioré pour être optimal. Et ce résultat est le premier qui présente un effet de lissage pour l'équation cinétique dans les espaces de Besov. A propos du troisième résultat, nous considérons les équations de Navier-Stokes-Maxwell compressibles apparaissant dans la physique des plasmas, qui est un exemple concret de systèmes composites hyperboliques-paraboliques à dissipation non symétrique. On observe que le problème de Cauchy pour les équations de Navier-Stokes-Maxwell admet le mécanisme dissipatif de type perte de régularité. Par conséquent, une régularité plus élevée est généralement nécessaire pour obtenir le taux de dégradation optimal de L1(R3)-L2(R3) type, en comparaison avec cela pour l'existence globale dans le temps de solutions lissesIn this thesis, we study some kinetic equations and some partial differential equations with dissipative mechanism, such as Boltzmann equation, Landau equation and some non-symmetric hyperbolic systems with dissipation type. Global existence of solutions or optimal decay rates of solutions for these systems are considered in Sobolev spaces or Besov spaces. Also the smoothing properties of solutions are studied. In this thesis, we mainly prove the following four results, see Chapters 3-6 for more details. For the _rst result, we investigate the Cauchy problem for the inhomogeneous nonlinear Landau equation with Maxwellian molecules ( = 0). See from some known results for Boltzmann equation and Landau equation, their global existence of solutions are mainly proved in some (weighted) Sobolev spaces and require a high regularity index, see Guo [62], a series works of Alexandre-Morimoto-Ukai-Xu-Yang [5, 6, 7, 9] and references therein. Recently, Duan-Liu-Xu [52] and Morimoto-Sakamoto [145] obtained the global existence results of solutions to the Boltzmann equation in critical Besov spaces. Motivated by their works, we establish the global existence of solutions for Landau equation in spatially critical Besov spaces in perturbation framework. Precisely, if the initial datum is a small perturbation of the equilibrium distribution in the Chemin-Lerner space eL 2v (B3=2 2;1 ), then the Cauchy problem of Landau equation admits a global solution belongs to eL 1t eL 2v (B3=2 2;1 ). Our results improve the result in [62] and extend the global existence result for Boltzmann equation in [52, 145] to Landau equation. Secondly, we consider the Cauchy problem for the spatially nhomogeneous non-cuto_ Kac equation. Lerner-Morimoto-Pravda-Starov-Xu [117] considered the spatially inhomogeneous non-cuto_ Kac equation in Sobolev spaces and showed that the Cauchy problem for the uctuation around the Maxwellian distribution admitted S 1+ 1 2s 1+ 1 2s Gelfand-Shilov regularity properties with respect to the velocity variable and G1+ 1 2s Gevrey regularizing properties with respect to the position variable. And the authors conjectured that it remained still open to determine whether the regularity indices 1+ 1 2s is sharp or not. In this thesis, if the initial datum belongs to the spatially critical Besov space eL 2v (B1=2 2;1 ), we prove the well-posedness to the inhomogeneous Kac equation under a perturbation framework. Furthermore, it is shown that the weak solution enjoys S 3s+1 2s(s+1) 3s+1 2s(s+1) Gelfand-Shilov regularizing properties with respect to the velocity variableand G1+ 1 2s Gevrey regularizing properties with respect to the position variable. In our results, the Gelfand-Shilov regularity index is improved to be optimal. And this result is the _rst one that exhibits smoothing e_ect for the kinetic equation in Besov spaces. About the third result, we consider compressible Navier-Stokes-Maxwell equations arising in plasmas physics, which is a concrete example of hyperbolic-parabolic composite systems with non-symmetric dissipation. It is observed that the Cauchy problem for Navier-Stokes-Maxwell equations admits the dissipative mechanism of regularity-loss type. Consequently, extra higher regularity is usually needed to obtain the optimal decay rate of L1(R3)-L2(R3) type, in comparison with that for the global-in-time existence of smooth solutions
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Copeland, Dylan Matthew. "Negative-norm least-squares methods for axisymmetric Maxwell equations." Texas A&M University, 2006. http://hdl.handle.net/1969.1/3837.
Full textAbstract:
We develop negative-norm least-squares methods to solve the three-dimensional
Maxwell equations for static and time-harmonic electromagnetic fields in the case of
axial symmetry. The methods compute solutions in a two-dimensional cross section
of the domain, thereby reducing the dimension of the problem from three to two. To
achieve this dimension reduction, we work with weighted spaces in cylindrical coordinates.
In this setting, approximation spaces consisting of low order finite element
functions and bubble functions are analyzed.
In contrast to other methods for axisymmetric Maxwell equations, our leastsquares
methods allow for discontinuous coefficients with large jumps and non-convex,
irregular polygonal domains discretized by unstructured meshes. The resulting linear
systems are of modest size, are symmetric positive definite, and can be solved very
efficiently. Computations demonstrate the robustness of the methods with respect to
the coefficients and domain shape.
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Harutyunyan, Davit. "Adaptive vector finite element methods for the Maxwell equations." Enschede : University of Twente [Host], 2007. http://doc.utwente.nl/57851.
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Edelvik, Fredrik. "Hybrid Solvers for the Maxwell Equations in Time-Domain." Doctoral thesis, Uppsala universitet, Avdelningen för teknisk databehandling, 2002. http://urn.kb.se/resolve?urn=urn:nbn:se:uu:diva-2156.
Full textAbstract:
The most commonly used method for the time-domain Maxwell equations is the Finite-Difference Time-Domain method (FDTD). This is an explicit, second-order accurate method, which is used on a staggered Cartesian grid. The main drawback with the FDTD method is its inability to accurately model curved objects and small geometrical features. This is due to the Cartesian grid, which leads to a staircase approximation of the geometry and small details are not resolved at all. This thesis presents different ways to circumvent this drawback, but still take advantage of the benefits of the FDTD method. An approach to avoid staircasing errors but still retain the efficiency of the FDTD method is to use a hybrid grid. A few layers of unstructured cells are used close to curved objects and a Cartesian grid is used for the rest of the domain. For the choice of solver on the unstructured grid two different alternatives are compared: an explicit Finite-Volume Time-Domain (FVTD) solver and an implicit Finite-Element Time-Domain (FETD) solver. The hybrid solvers calculate the scattering from complex objects much more efficiently compared to using FDTD on highly resolved Cartesian grids. For the same accuracy in the solution roughly a factor of 10 in memory requirements and a factor of 20 in execution time are gained. The ability to model features that are small relative to the cell size is often important in electromagnetic simulations. In this thesis a technique to generalize a well-known subcell model for thin wires, in order to take arbitrarily oriented wires in FETD and FDTD into account, is proposed. The method gives considerable modeling flexibility compared to earlier methods and is proven stable. The results show excellent consistency and very good accuracy on different antenna configurations. The recursive convolution method is often used to model frequency dispersive materials in FDTD. This method is used to enable modeling of such materials in the unstructured FVTD and FETD solvers. The stability of both solvers is analyzed and their accuracy is demonstrated by computing the radar cross section for homogeneous as well as layered spheres with frequency dependent permittivity.
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Islam, Md N. "Studies on axially and cylindrically symmetric Einstein-Maxwell equations." Thesis, City University London, 1987. http://ethos.bl.uk/OrderDetails.do?uin=uk.bl.ethos.378862.
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