For the evolution of a closed surface under anisotropic surface diffusion with a general anisotropic surface energy $\gamma(\boldsymbol{n})$ in three dimensions (3D), where $\boldsymbol{n}$ is the unit outward normal vector, by introducing a novel symmetric positive definite surface energy matrix $\boldsymbol{Z}_k(\boldsymbol{n})$ depending on a stabilizing function $k(\boldsymbol{n})$ and the Cahn-Hoffman $\boldsymbol{\xi}$-vector, we present a new symmetrized variational formulation for anisotropic surface diffusion with weakly or strongly anisotropic surface energy, which preserves two important structures including volume conservation and energy dissipation. Then we propose a structural-preserving parametric finite element method (SP-PFEM) to discretize the symmetrized variational problem, which preserves the volume in the discretized level. Under a relatively mild and simple condition on $\gamma(\boldsymbol{n})$, we show that SP-PFEM is unconditionally energy-stable for almost all anisotropic surface energies $\gamma(\boldsymbol{n})$ arising in practical applications. Extensive numerical results are reported to demonstrate the efficiency and accuracy as well as energy dissipation of the proposed SP-PFEM for solving anisotropic surface diffusion in 3D.


翻译:对于在厌食性表面扩散下的封闭表面的演化,其变化取决于稳定功能$k(\boldsymbol{n})$和Cahn-Hoffman$\boldsyombol=xix}美元三种维度(3D),其中$\boldsymbol{n}是单位向外正常矢量的单位,为此,我们采用了一种新的对称性确定表面表面能量矩阵($\boldsymol{k}k(\boldsymbol{n}}),取决于稳定功能$k(\boldsysymbol{n}美元和Cahn-Hoffman$\boldsySymall=xxxxxxxxxxxxxxxxxxx维度,我们展示了一种新的对厌食性表面表面表面能量扩散的配方的配方,这种配方保存了两种重要的结构,包括量节能和能量消耗。然后,我们提议一种结构-保留参数定的定度定的定度定度的定质的调度的调度变差度方法(SPm),这保存了离离差值的值水平的调度水平的值水平,在离差分度水平的值的基质化值的基质度的基质度水平的分解度的分解水平的精确度,在3美元的流度应用下,在质的基质的流化度上,在质的流度上显示的基质的基质的基质的基质的流化结果下,在基质的基质的基质的表面的能量的基质的基质的能量的流的流结果中, 正在的流的流的流化的流化的流化的流值中, 正在演化结果的基的基的基的流的流结果下,在基质的基中,在基质的流化的流化的流化的流化的流化的流化的流化的流化的流化的流值中,在质的流的基的基的流的基的基的流化的流化的流化的流化的流化的流化的流化的流化的流化

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