Rate-type models for metamaterials
Modely rychlostního typu pro mechanickou odezvu metamateriálů
diplomová práce (OBHÁJENO)
Zobrazit/ otevřít
Trvalý odkaz
http://hdl.handle.net/20.500.11956/209791Identifikátory
SIS: 282339
Kolekce
- Kvalifikační práce [12171]
Autor
Vedoucí práce
Oponent práce
Tůma, Karel
Fakulta / součást
Matematicko-fyzikální fakulta
Obor
Matematické a počítačové modelování ve fyzice
Katedra / ústav / klinika
Matematický ústav UK
Datum obhajoby
9. 6. 2026
Nakladatel
Univerzita Karlova, Matematicko-fyzikální fakultaJazyk
Angličtina
Známka
Velmi dobře
Klíčová slova (česky)
metamateriály|matematické modelování|mechanika kontinua|spektrální metody|modely rychlostního typuKlíčová slova (anglicky)
metamaterials|mathematical modelling|continuum mechanics|spectral methods|rate-type modelsTato diplomova ́ pra ́ce zkouma ́ ru ̊zne ́ metody diskretizace opera ́toru druhe ́ derivace pr ̌i periodicky ́ch a Dirichletovy ́ch okrajovy ́ch podmı ́nka ́ch. Srovna ́vane ́ metody jsou klasicke ́ konec ̌ne ́ diference, Numerova metoda, diskre ́tnı ́Fourierova transformace (DFT), diskre ́tnı ́ transformace pomocı ́ sinu ̊ (DST) a ne ̌kolik spektra ́lnı ́ch metod zaloz ̌eny ́ch na C ̌ebys ̌evovy ́ch polynomech. Pr ̌esnost metod je vyhodnocena na dvou Sturm-Liouvilleovy ́ch proble ́mech vlastnı ́ch c ̌ı 'sel (Paineova a Coffey-Evansova rovnice) a na simulacı ́ch s ̌ı ́r ̌enı ́ vln, zahrnujı ́cı ́ model rychlostnı ́ho typu pro jednodimenziona ́lnı ́ metamateria ́l. Pozornost je take ́ ve ̌nova ́na limitnı ́mu chova ́nı ́ tohoto metamateria ́love ́ho modelu v pr ̌ı ́pade ̌, kdy se parametr vnitr ̌nı ́ hmotnosti blı ́z ̌ı ́ k nule. Numericke ́ vy 'sledky ukazujı ́, z ̌e spektra ́lnı ́metody zaloz ̌ene ́ na DFT a DST poskytujı ́konzistentne ̌ nejvys ̌s ̌ı ́pr ̌esnost, a to zejme ́na pr ̌i vy ́poc ̌tu vlastnı ́ch c ̌ı 'sel s vysoky ́m indexem a take ́ pr ̌i simulacı ́ch s ̌ı ́r ̌enı ́ vln. 1
This thesis investigates various discretization methods for the second derivative operator under different boundary conditions. The compared methods include classical Finite Differences, Numerov's method, Discrete Fourier Transform (DFT), Discrete Sine Transform (DST), and several Chebyshev-based spectral approaches. Performance is evaluated on two Sturm-Liouville eigenvalue problems (Paine and Coffey-Evans equations) and on wave propagation simulations, including a rate-type constitutive model of a mass-in-mass metamaterial. Special attention is given to the limiting behaviour of the metamaterial model as the internal mass parameter approaches zero. The numerical results demonstrate that spectral methods based on DFT and DST consistently provide the highest accuracy and efficiency especially regarding high-index eigenvalues computation and subsequently wave propagation computation. 1
