现在我想解这个方程∂ϕ ∂t = λ∇2ϕ − 2ϕ(1 − ϕ)f(ϕ, σ), (1) ∂σ ∂t = η∇2σ + Sh(1 − ϕ) + Scϕ − (γh(1 − ϕ) + γcϕ)σ (2) f(ϕ, σ) = M(1 − 2ϕ − 3m(σ)) (3) m(σ) = mref ( ρ + A 2 + ρ − A π arctan( σ − σl σr )),
时间: 2023-08-05 21:04:57 浏览: 123
这是一个耦合的相场方程组,其中 $\phi$ 表示相场变量,$\sigma$ 表示其他物理量(如浓度、应力等),$f(\phi, \sigma)$ 表示自由能密度,$m(\sigma)$ 表示一个中间变量。
这个方程组可以使用数值方法进行求解,例如使用有限差分法或有限元法。这里给出一个使用 Python 实现的有限差分法的例子:
```python
import numpy as np
import matplotlib.pyplot as plt
# 定义物理参数
L = 1.0 # 区域长度
T = 0.5 # 模拟时间
nx = 101 # 空间步数
nt = 1000 # 时间步数
dx = L / (nx-1) # 空间步长
dt = T / nt # 时间步长
lamda = 0.1 # 相场扩散系数
eta = 0.1 # 物理量扩散系数
Sh = 0.1 # 物理量源项系数
Sc = 0.1 # 相场源项系数
gamma_h = 0.1 # 物理量耗散系数
gamma_c = 0.1 # 相场耗散系数
M = 0.1 # 自由能密度参数
m_ref = 0.1 # 中间变量参数
rho_p = 0.1 # 中间变量参数
rho_n = 0.1 # 中间变量参数
sigma_l = -0.1 # 中间变量参数
sigma_r = 0.1 # 中间变量参数
# 初始化场变量
phi = np.zeros(nx)
sigma = np.zeros(nx)
phi[40:60] = 1.0 # 初始条件
sigma[40:60] = 0.1 # 初始条件
# 迭代求解
for n in range(nt):
# 求解相场方程
dphi = np.gradient(phi, dx)
d2phi = np.gradient(dphi, dx)
f_phi_sigma = M * (1 - 2*phi - 3*m_ref*(rho_p + rho_n + 2*np.arctan((sigma-sigma_l)/(sigma_r-sigma_l))/np.pi))
phi += lamda * dt * d2phi - 2*phi*(1-phi)*f_phi_sigma + Sc * sigma * dt
# 边界条件
phi[0] = phi[1]
phi[-1] = phi[-2]
# 求解物理量方程
dsigma = np.gradient(sigma, dx)
d2sigma = np.gradient(dsigma, dx)
m_sigma = m_ref * (rho_p - rho_n + np.arctan((sigma-sigma_l)/(sigma_r-sigma_l))/np.pi)
sigma += eta * dt * d2sigma + Sh * (1-phi) * dt - (gamma_h*(1-phi) + gamma_c*phi) * sigma * dt - m_sigma * f_phi_sigma * dt
# 边界条件
sigma[0] = sigma[1]
sigma[-1] = sigma[-2]
# 可视化结果
x = np.linspace(0, L, nx)
plt.plot(x, phi)
plt.xlabel('x')
plt.ylabel('phi')
plt.show()
plt.plot(x, sigma)
plt.xlabel('x')
plt.ylabel('sigma')
plt.show()
```
这段代码使用了显式差分法(forward difference)求解相场方程组,边界条件使用了一阶近似。可以根据需要调整模拟参数和初始条件,对不同的问题进行求解。
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