Optimal Random Packing of Spheres and Extremal Effective Conductivity

2021

Полный текст Открытый доступ: Gold Метаданные (CSL-JSON)
DOI 10.3390/sym13061063
Достоверность данных 70 средняя
Как считается эта оценка

Складывается из проверяемых признаков самой записи: есть ли у статьи DOI, сколько независимых источников подтвердили её данные, заполнены ли обязательные поля и насколько свежо последнее подтверждение. Снижают оценку расхождения между источниками и отсутствие идентификатора. Значение от 80 означает, что запись опубликована без дополнительной проверки; от 60 до 79 — что она опубликована с пониженной достоверностью и ручная проверка желательна. Запись, выверенную редактором вручную, пересчёт не опускает ниже 90. Это оценка наших данных о статье, а не оценка самой статьи.

Аннотация

A close relation between the optimal packing of spheres in Rd and minimal energy E (effective conductivity) of composites with ideally conducting spherical inclusions is established. The location of inclusions of the optimal-design problem yields the optimal packing of inclusions. The geometrical-packing and physical-conductivity problems are stated in a periodic toroidal d-dimensional space with an arbitrarily fixed number n of nonoverlapping spheres per periodicity cell. Energy E depends on Voronoi tessellation (Delaunay graph) associated with the centers of spheres ak (k=1,2,…,n). All Delaunay graphs are divided into classes of isomorphic periodic graphs. For any fixed n, the number of such classes is finite. Energy E is estimated in the framework of structural approximations and reduced to the study of an elementary function of n variables. The minimum of E over locations of spheres is attained at the optimal packing within a fixed class of graphs. The optimal-packing location is unique within a fixed class up to translations and can be found from linear algebraic equations. Such an approach is useful for random optimal packing where an initial location of balls is randomly chosen; hence, a class of graphs is fixed and can dynamically change following prescribed packing rules. A finite algorithm for any fixed n is constructed to determine the optimal random packing of spheres in Rd.