En matemáticas, la condición de contorno de Dirichlet se impone a una ecuación diferencial ordinaria o parcial , de modo que los valores que toma la solución en el límite del dominio quedan fijos. El problema de encontrar soluciones a dichas ecuaciones se conoce como el problema de Dirichlet . En ciencias e ingeniería, una condición de contorno de Dirichlet también puede denominarse condición de contorno fija o condición de contorno de primer tipo . Recibe su nombre de Peter Gustav Lejeune Dirichlet (1805-1859). [ 1 ]
En el análisis de elementos finitos , la condición de contorno esencial o de Dirichlet se define mediante la forma integral ponderada de una ecuación diferencial. [ 2 ] La incógnita dependiente u, que tiene la misma forma que la función de ponderación w que aparece en la expresión de contorno, se denomina variable primaria , y su especificación constituye la condición de contorno esencial o de Dirichlet.
Ejemplos
ODA
Para una ecuación diferencial ordinaria , por ejemplo,Las condiciones de contorno de Dirichlet en el intervalo [ a , b ] toman la forma donde α y β son números dados.
PDE
Para una ecuación diferencial parcial , por ejemplo,dóndedenota el operador de Laplace , las condiciones de contorno de Dirichlet en un dominio Ω ⊂ R n toman la forma donde f es una función conocida definida en el límite ∂Ω .
Aplicaciones
Por ejemplo, las siguientes se considerarían condiciones de contorno de Dirichlet:
- En ingeniería mecánica e ingeniería civil ( teoría de vigas ), donde un extremo de una viga se mantiene en una posición fija en el espacio.
- En la transferencia de calor , donde una superficie se mantiene a una temperatura fija.
- En electrostática , donde un nodo de un circuito se mantiene a un voltaje fijo.
- En dinámica de fluidos , la condición de no deslizamiento para fluidos viscosos establece que, en un límite sólido, el fluido tendrá velocidad cero con respecto a dicho límite.
Otras condiciones de contorno
Son posibles muchas otras condiciones de contorno, incluyendo la condición de contorno de Cauchy y la condición de contorno mixta . Esta última es una combinación de las condiciones de Dirichlet y Neumann .
Véase también
Referencias
- ↑ Cheng, A.; Cheng, DT (2005). "Patrimonio e historia temprana del método de elementos de contorno". Engineering Analysis with Boundary Elements . 29 (3): 268– 302. doi : 10.1016/j.enganabound.2004.12.001 .
- ↑ Reddy, JN (2009). «Ecuaciones diferenciales de segundo orden en una dimensión: Modelos de elementos finitos». Introducción al método de elementos finitos (3.ª ed.). Boston: McGraw-Hill. pág. 110. ISBN 978-0-07-126761-8.
- Condiciones de contorno