We consider a model of energy minimization arising in the study of the mechanical behavior caused by cell contraction within a fibrous biological medium. The macroscopic model is based on the theory of non rank-one convex nonlinear elasticity for phase transitions. We study appropriate numerical approximations based on the discontinuous Galerkin treatment of higher gradients and used succesfully in numerical simulations of experiments. We show that the discrete minimizers converge in the limit to minimizers of the continuous problem. This is achieved by employing the theory of $\Gamma$-convergence of the approximate energy functionals to the continuous model when the discretization parameter tends to zero. The analysis is involved due to the structure of numerical approximations which are defined in spaces with lower regularity than the space where the minimizers of the continuous variational problem are sought. This fact leads to the development of a new approach to $\Gamma$-convergence, appropriate for discontinuous finite element discretizations, which can be applied to quite general energy minimization problems. Furthermore, the adoption of exponential terms penalising the interpenetration of matter requires a new framework based on Orlicz spaces for discontinuous Galerkin methods which is developed in this paper as well.


翻译:在研究纤维生物介质内细胞收缩引起的机械行为时,我们考虑一个将能量最小化的模式。宏观模型以非一阶直等锥体非线性弹性理论为基础,用于阶段过渡。我们根据对高梯度的不连续加热金处理法研究适当的数字近似值,并在实验的数值模拟中加以利用。我们表明,离散最小化器在尽量减少持续问题的限度内会集中到最小化的限度内。在离散参数趋向为零时,将近似能量功能的焦数趋同到连续模型的理论内就实现了这一点。还涉及分析,因为数字近似值的结构是在较常规性较低的空间界定的,而寻求将持续变异问题最小化的空间范围缩小到适当的数字近似值。这一事实导致开发出一种适合不连续的有限元素离异化的新方法,可以适用于相当普遍的能源最小化问题。此外,采用指数术语来惩罚近似能量函数的连续模型,在不断变异的物体空间中,需要一种新的框架,在不断变换的轨道上,以这种变换的纸张空间中采用精确法作为新的框架。

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