In this paper, we consider numerical approximation of constrained gradient flows of planar closed curves, including the Willmore and the Helfrich flows. These equations have energy dissipation and the latter has conservation properties due to the constraints. We will develop structure-preserving methods for these equations that preserve both the dissipation and the constraints. To preserve the energy structures, we introduce the discrete version of gradients according to the discrete gradient method and determine the Lagrange multipliers appropriately. We directly address higher order derivatives by using the Galerkin method with B-spline curves to discretize curves. Moreover, we will consider stabilization of the schemes by adding tangential velocities. We introduce a new Lagrange multiplier to obtain both the energy structures and the stability. Several numerical examples are presented to verify that the proposed schemes preserve the energy structures with good distribution of control points.


翻译:在本文中,我们考虑了包括Willmore和Helfrich等离子曲线在内的平板封闭曲线受限梯度流的数字近似值。这些方程式有能量消散,而后者由于这些限制而具有保护性。我们将为这些方程式制定结构保护方法,既保留消散,又保留制约性。为了保护能源结构,我们根据离散梯度法引进梯度的离散版本,并适当地确定拉格朗梯度乘数。我们通过使用加勒金法和B-波纹曲线使曲线分解,直接解决更高级衍生物的问题。此外,我们将考虑通过添加相近速度来稳定各种办法。我们引入了新的拉格朗乘数,以获得能源结构和稳定性。我们提出了几个数字例子,以核实拟议办法维护能源结构,并妥善分配控制点。

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