<?xml version="1.0" encoding="UTF-8"?>
<!DOCTYPE article PUBLIC "-//NLM//DTD Journal Publishing DTD v2.3 20070202//EN" "journalpublishing.dtd">
<article article-type="research-article" dtd-version="2.3" xml:lang="EN" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" xmlns:xlink="http://www.w3.org/1999/xlink">
<front>
<journal-meta>
<journal-id journal-id-type="publisher-id">Front. Phys.</journal-id>
<journal-title>Frontiers in Physics</journal-title>
<abbrev-journal-title abbrev-type="pubmed">Front. Phys.</abbrev-journal-title>
<issn pub-type="epub">2296-424X</issn>
<publisher>
<publisher-name>Frontiers Media S.A.</publisher-name>
</publisher>
</journal-meta>
<article-meta>
<article-id pub-id-type="publisher-id">753230</article-id>
<article-id pub-id-type="doi">10.3389/fphy.2021.753230</article-id>
<article-categories>
<subj-group subj-group-type="heading">
<subject>Physics</subject>
<subj-group>
<subject>Original Research</subject>
</subj-group>
</subj-group>
</article-categories>
<title-group>
<article-title>A Three-Dimensional Numerical Model of an Active Cell Cortex in the Viscous Limit</article-title>
<alt-title alt-title-type="left-running-head">B&#xe4;cher et&#x20;al.</alt-title>
<alt-title alt-title-type="right-running-head">Model of Viscous Cell Cortex</alt-title>
</title-group>
<contrib-group>
<contrib contrib-type="author">
<name>
<surname>B&#xe4;cher</surname>
<given-names>Christian</given-names>
</name>
<xref ref-type="aff" rid="aff1">
<sup>1</sup>
</xref>
<xref ref-type="fn" rid="FN1">
<sup>&#x2020;</sup>
</xref>
<uri xlink:href="https://loop.frontiersin.org/people/1407089/overview"/>
</contrib>
<contrib contrib-type="author">
<name>
<surname>Khoromskaia</surname>
<given-names>Diana</given-names>
</name>
<xref ref-type="aff" rid="aff2">
<sup>2</sup>
</xref>
<xref ref-type="fn" rid="FN1">
<sup>&#x2020;</sup>
</xref>
</contrib>
<contrib contrib-type="author">
<name>
<surname>Salbreux</surname>
<given-names>Guillaume</given-names>
</name>
<xref ref-type="aff" rid="aff2">
<sup>2</sup>
</xref>
<xref ref-type="aff" rid="aff3">
<sup>3</sup>
</xref>
<xref ref-type="fn" rid="FN1">
<sup>&#x2020;</sup>
</xref>
<uri xlink:href="https://loop.frontiersin.org/people/1456116/overview"/>
</contrib>
<contrib contrib-type="author" corresp="yes">
<name>
<surname>Gekle</surname>
<given-names>Stephan</given-names>
</name>
<xref ref-type="aff" rid="aff1">
<sup>1</sup>
</xref>
<xref ref-type="corresp" rid="c001">&#x2a;</xref>
<xref ref-type="fn" rid="FN1">
<sup>&#x2020;</sup>
</xref>
<uri xlink:href="https://loop.frontiersin.org/people/529702/overview"/>
</contrib>
</contrib-group>
<aff id="aff1">
<label>
<sup>1</sup>
</label>Biofluid Simulation and Modeling, Theoretische Physik VI, Department of Physics, University of Bayreuth, <addr-line>Bayreuth</addr-line>, <country>Germany</country>
</aff>
<aff id="aff2">
<label>
<sup>2</sup>
</label>The Francis Crick Institute, <addr-line>London</addr-line>, <country>United&#x20;Kingdom</country>
</aff>
<aff id="aff3">
<label>
<sup>3</sup>
</label>Department of Genetics and Evolution, University of Geneva, <addr-line>Geneva</addr-line>, <country>Switzerland</country>
</aff>
<author-notes>
<fn fn-type="edited-by">
<p>
<bold>Edited by:</bold> <ext-link ext-link-type="uri" xlink:href="https://loop.frontiersin.org/people/645006/overview">Aljaz Godec</ext-link>, Max Planck Institute for Biophysical Chemistry, Germany</p>
</fn>
<fn fn-type="edited-by">
<p>
<bold>Reviewed by:</bold> <ext-link ext-link-type="uri" xlink:href="https://loop.frontiersin.org/people/938863/overview">Andrej Vilfan</ext-link>, Max Planck Society (MPG), Germany</p>
<p>
<ext-link ext-link-type="uri" xlink:href="https://loop.frontiersin.org/people/1443255/overview">Liam Ruske</ext-link>, University of Oxford, United&#x20;Kingdom</p>
</fn>
<corresp id="c001">&#x2a;Correspondence: Stephan Gekle, <email>stephan.gekle@uni-bayreuth.de</email>
</corresp>
<fn fn-type="equal" id="FN1">
<label>
<sup>
<bold>&#x2020;</bold>
</sup>
</label>
<p>
<bold>ORCIID:</bold>
</p>
<p>Christian B&#xe4;cher</p>
<p>
<ext-link ext-link-type="uri" xlink:href="https://orcid.org/0000-0001-6293-9396">orcid.org/0000-0001-6293-9396</ext-link>
</p>
<p>Diana Khoromskaia</p>
<p>
<ext-link ext-link-type="uri" xlink:href="https://orcid.org/0000-0003-2597-6336">orcid.org/0000-0003-2597-6336</ext-link>
</p>
<p>Guillaume Salbreux</p>
<p>
<ext-link ext-link-type="uri" xlink:href="https://orcid.org/0000-0001-7041-1292">orcid.org/0000-0001-7041-1292</ext-link>
</p>
<p>Stephan Gekle</p>
<p>
<ext-link ext-link-type="uri" xlink:href="https://orcid.org/0000-0001-5597-1160">orcid.org/0000-0001-5597-1160</ext-link>
</p>
</fn>
<fn fn-type="other">
<p>This article was submitted to Biophysics, a section of the journal Frontiers in Physics</p>
</fn>
</author-notes>
<pub-date pub-type="epub">
<day>22</day>
<month>10</month>
<year>2021</year>
</pub-date>
<pub-date pub-type="collection">
<year>2021</year>
</pub-date>
<volume>9</volume>
<elocation-id>753230</elocation-id>
<history>
<date date-type="received">
<day>04</day>
<month>08</month>
<year>2021</year>
</date>
<date date-type="accepted">
<day>13</day>
<month>09</month>
<year>2021</year>
</date>
</history>
<permissions>
<copyright-statement>Copyright &#xa9; 2021 B&#xe4;cher, Khoromskaia, Salbreux and Gekle.</copyright-statement>
<copyright-year>2021</copyright-year>
<copyright-holder>B&#xe4;cher, Khoromskaia, Salbreux and Gekle</copyright-holder>
<license xlink:href="http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/">
<p>This is an open-access article distributed under the terms of the Creative Commons Attribution License (CC BY). The use, distribution or reproduction in other forums is permitted, provided the original author(s) and the copyright owner(s) are credited and that the original publication in this journal is cited, in accordance with accepted academic practice. No use, distribution or reproduction is permitted which does not comply with these&#x20;terms.</p>
</license>
</permissions>
<abstract>
<p>The cell cortex is a highly dynamic network of cytoskeletal filaments in which motor proteins induce active cortical stresses which in turn drive dynamic cellular processes such as cell motility, furrow formation or cytokinesis during cell division. Here, we develop a three-dimensional computational model of a cell cortex in the viscous limit including active cortical flows. Combining active gel and thin shell theory, we base our computational tool directly on the force balance equations for the velocity field on a discretized and arbitrarily deforming cortex. Since our method is based on the general force balance equations, it can easily be extended to more complex biological dependencies in terms of the constitutive laws or a dynamic coupling to a suspending fluid. We validate our algorithm by investigating the formation of a cleavage furrow on a biological cell immersed in a passive outer fluid, where we successfully compare our results to axi-symmetric simulations. We then apply our fully three-dimensional algorithm to fold formation and to study furrow formation under the influence of non-axisymmetric disturbances such as external shear. We report a reorientation mechanism by which the cell autonomously realigns its axis perpendicular to the furrow plane thus contributing to the robustness of cell division under realistic environmental conditions.</p>
</abstract>
<kwd-group>
<kwd>active membranes</kwd>
<kwd>viscus membranes</kwd>
<kwd>cell cortex</kwd>
<kwd>cell mechanics</kwd>
<kwd>computational fluid dynamics</kwd>
<kwd>biological physics</kwd>
</kwd-group>
<contract-num rid="cn001">A125785</contract-num>
<contract-num rid="cn003">FC001317</contract-num>
<contract-sponsor id="cn001">Volkswagen Foundation<named-content content-type="fundref-id">10.13039/501100001663</named-content>
</contract-sponsor>
<contract-sponsor id="cn002">Studienstiftung des Deutschen Volkes<named-content content-type="fundref-id">10.13039/501100004350</named-content>
</contract-sponsor>
<contract-sponsor id="cn003">Cancer Research UK<named-content content-type="fundref-id">10.13039/501100000289</named-content>
</contract-sponsor>
<contract-sponsor id="cn004">Francis Crick Institute<named-content content-type="fundref-id">10.13039/100010438</named-content>
</contract-sponsor>
</article-meta>
</front>
<body>
<sec id="s1">
<title>1 Introduction</title>
<p>Motor proteins in living cells are capable of converting chemically stored energy into movement and mechanical work [<xref ref-type="bibr" rid="B1">1</xref>] and therefore drive biophysical systems out of thermodynamic equilibrium [<xref ref-type="bibr" rid="B2">2</xref>]. Such motor proteins actively induce stresses [<xref ref-type="bibr" rid="B2">2</xref>&#x2013;<xref ref-type="bibr" rid="B5">5</xref>], which lead to the formation of patterns [<xref ref-type="bibr" rid="B6">6</xref>&#x2013;<xref ref-type="bibr" rid="B9">9</xref>] or spontaneous flows [<xref ref-type="bibr" rid="B10">10</xref>&#x2013;<xref ref-type="bibr" rid="B18">18</xref>]. In the cell cortex, which is a network of cytoskeletal actin filaments and myosin proteins [<xref ref-type="bibr" rid="B1">1</xref>] enclosing the cell interior, such an active material is confined to a thin layer. Together with the plasma membrane the cell cortex can strongly deform and therefore plays a crucial role in the regulation of the cell shape [<xref ref-type="bibr" rid="B19">19</xref>&#x2013;<xref ref-type="bibr" rid="B23">23</xref>] and movement [<xref ref-type="bibr" rid="B24">24</xref>&#x2013;<xref ref-type="bibr" rid="B29">29</xref>]. A prominent example is the cytokinesis in cell division, where a ring of cortical actomyosin leads to furrow constriction and in turn to the separation of the two daughter cells [<xref ref-type="bibr" rid="B30">30</xref>&#x2013;<xref ref-type="bibr" rid="B34">34</xref>].</p>
<p>Materials containing cytoskeletal filaments and motor proteins are successfully described by active gel theory [<xref ref-type="bibr" rid="B2">2</xref>, <xref ref-type="bibr" rid="B35">35</xref>&#x2013;<xref ref-type="bibr" rid="B37">37</xref>]. Its key ingredient is the actively induced force by the motor proteins, which leads to an active stress in the material [<xref ref-type="bibr" rid="B38">38</xref>, <xref ref-type="bibr" rid="B39">39</xref>]. In addition, polymerization and depolymerization lead to transient changes within the active gel [<xref ref-type="bibr" rid="B20">20</xref>, <xref ref-type="bibr" rid="B35">35</xref>]. Focusing on the cell cortex of actomyosin or on epithelial tissue, active gel theory has recently been formulated in the framework of thin shell theory [<xref ref-type="bibr" rid="B40">40</xref>]. The generic active gel theory [<xref ref-type="bibr" rid="B35">35</xref>] incorporates the viscoelastic nature of the cytoskeletal assemblies, where the presence of an active stress triggers both elastic deformations and viscous flows. Starting from the viscoelastic theory two limits of the cortex behavior can be considered, the elastic limit [<xref ref-type="bibr" rid="B40">40</xref>&#x2013;<xref ref-type="bibr" rid="B43">43</xref>] and the viscous limit [<xref ref-type="bibr" rid="B21">21</xref>, <xref ref-type="bibr" rid="B28">28</xref>, <xref ref-type="bibr" rid="B30">30</xref>, <xref ref-type="bibr" rid="B33">33</xref>, <xref ref-type="bibr" rid="B40">40</xref>, <xref ref-type="bibr" rid="B44">44</xref>, <xref ref-type="bibr" rid="B45">45</xref>]. In the latter, viscous flows arise which are responsible for a large number of cellular processes. In cell morphogenesis transitions from a spherical initial shape to pear-like [<xref ref-type="bibr" rid="B20">20</xref>, <xref ref-type="bibr" rid="B21">21</xref>] or oblate [<xref ref-type="bibr" rid="B8">8</xref>] shapes have been reported. Cell division has successfully been modeled [<xref ref-type="bibr" rid="B30">30</xref>, <xref ref-type="bibr" rid="B31">31</xref>, <xref ref-type="bibr" rid="B33">33</xref>, <xref ref-type="bibr" rid="B34">34</xref>, <xref ref-type="bibr" rid="B44">44</xref>, <xref ref-type="bibr" rid="B46">46</xref>] including a threshold active stress needed to complete cytokinesis [<xref ref-type="bibr" rid="B33">33</xref>]. Further examples include cell movement [<xref ref-type="bibr" rid="B24">24</xref>, <xref ref-type="bibr" rid="B47">47</xref>] and embryogenesis [<xref ref-type="bibr" rid="B19">19</xref>, <xref ref-type="bibr" rid="B48">48</xref>,&#x20;<xref ref-type="bibr" rid="B49">49</xref>].</p>
<p>Such investigations involving the cell cortex are based on either analytical calculations [<xref ref-type="bibr" rid="B21">21</xref>, <xref ref-type="bibr" rid="B30">30</xref>, <xref ref-type="bibr" rid="B41">41</xref>, <xref ref-type="bibr" rid="B44">44</xref>] or numerical simulations [<xref ref-type="bibr" rid="B9">9</xref>, <xref ref-type="bibr" rid="B33">33</xref>, <xref ref-type="bibr" rid="B42">42</xref>, <xref ref-type="bibr" rid="B45">45</xref>, <xref ref-type="bibr" rid="B47">47</xref>, <xref ref-type="bibr" rid="B50">50</xref>, <xref ref-type="bibr" rid="B51">51</xref>]. Farutin et&#x20;al. [<xref ref-type="bibr" rid="B47">47</xref>] investigated cell crawling by coupling cortical mechanics to the boundary integral equation in an axisymmetric treatment. Turlier et&#x20;al. [<xref ref-type="bibr" rid="B33">33</xref>] used a numerical, axisymmetric formulation of cell cytokinesis advecting tracer points to track the position of the membrane. Mietke et&#x20;al. [<xref ref-type="bibr" rid="B9">9</xref>] developed another axisymmetric simulation method by discretizing the arc length of the cellular membrane. Including myosin activity in terms of a preferred curvature in the framework of an elastic shell, Heer et&#x20;al. [<xref ref-type="bibr" rid="B50">50</xref>] determined the equilibrium of a tissue shell in three dimensions. Torres-S&#xe1;nchez et&#x20;al. [<xref ref-type="bibr" rid="B45">45</xref>] developed a fully three-dimensional computational model of a viscous active cell cortex in the absence of an external fluid. Being based on Onsager&#x2019;s variational principle [<xref ref-type="bibr" rid="B52">52</xref>] their method utilizes a subdivision finite element scheme for discretization. A generalization of the latter to arbitrary topology using local Monge parametrization method has been provided [<xref ref-type="bibr" rid="B51">51</xref>]. Recently, two of us have developed a dynamic three-dimensional simulation model of an active cell cortex in the elastic limit based on a parabolic fitting procedure [<xref ref-type="bibr" rid="B42">42</xref>]. This approach provides the advantage that it is dynamically coupled to the surrounding fluid flow using the lattice-Boltzmann/immersed boundary method and thus allows one to study cortical dynamics in realistic environments such as, e.g., blood flow&#x20;[<xref ref-type="bibr" rid="B43">43</xref>].</p>
<p>In the present manuscript we develop a new method, transferring the ideas of ref. [<xref ref-type="bibr" rid="B42">42</xref>] to the viscous limit in order to numerically obtain the velocity profile in a three-dimensional, thin, and arbitrarily deformed active cell cortex. We use the thin shell formulation combined with active gel theory [<xref ref-type="bibr" rid="B40">40</xref>] to obtain the force balance equations for the cortex involving active and viscous stresses. In contrast to the variational approach of Refs. [<xref ref-type="bibr" rid="B45">45</xref>, <xref ref-type="bibr" rid="B51">51</xref>] we directly start with the force balance equations of the cortex, which are discretized using a parabolic fitting procedure. We furthermore base our approach on the velocity vector expressed in three-dimensional Cartesian coordinates. Using an analytical inversion of the parabolic expansion and fitting of the cortical velocity field, we evaluate the force balance equation on the discrete nodes of the cortex. Solving the resulting system of coupled equations globally on the cortex by means of a minimization ansatz, we finally solve for the cortical velocity field. Considering the normal component of the velocity, which characterizes the flow of the cortical material leading to changes of the cortex shape, the cortex shape can be evolved in time in order to obtain the deforming cell shape. In turn, the velocity field is obtained on the continuously evolving cortex. We provide an in-depth validation using analytical results on an undeformed, spherical cortex and axisymmetric simulations for the evolving shape and cortical flow field. As an application, we consider an initial shear deformation of the cortex and investigate its dynamic evolution. We find that the cell realigns its axis perpendicular to the furrow plane thus autonomously rectifying non-axisymmetric external perturbations. Due to its simplicity, our proposed algorithm can be the basis for a dynamic coupling of a viscous active cortex or a tissue to a suspending fluid using, e.g., a coupled immersed boundary and lattice-Boltzmann method.</p>
<p>We first introduce the force balance equations of the cell cortex treated as a viscous thin shell in <xref ref-type="sec" rid="s2">section 2</xref>. Afterwards, we present the discretization of the cortex based on a parabolic fitting procedure and the numerical solution procedure in <xref ref-type="sec" rid="s3">section 3</xref>. In <xref ref-type="sec" rid="s4">section 4</xref>, we validate our method to analytical calculations and axisymmetric simulations in a detailed manner and apply our algorithm to dynamic fold and furrow formation in response to a non-axisymmetric shear deformation. Finally, we conclude in <xref ref-type="sec" rid="s5">section&#x20;5</xref>.</p>
</sec>
<sec id="s2">
<title>2 Thin Shell Formulation of a Viscous Active Cortex</title>
<p>In the following we consider a cell cortex in the viscous limit subject to internal active stresses, which lead to effective flows within the actomyosin network [<xref ref-type="bibr" rid="B37">37</xref>, <xref ref-type="bibr" rid="B40">40</xref>]. Since the cortex is typically very small compared to the cell diameter [<xref ref-type="bibr" rid="B1">1</xref>], it is considered as a thin shell [<xref ref-type="bibr" rid="B40">40</xref>, <xref ref-type="bibr" rid="B53">53</xref>], i.e.,&#x20;as a two dimensional manifold in three-dimensional space. The framework for the mathematical description of a thin shell is differential geometry [<xref ref-type="bibr" rid="B54">54</xref>, <xref ref-type="bibr" rid="B55">55</xref>] which we introduce in <xref ref-type="sec" rid="s2-1">section 2.1</xref>. In <xref ref-type="sec" rid="s2-2">section 2.2</xref> we provide the analytical formulation of the force balance for the viscous active cortex, which we express in terms of the velocity and its derivatives in <xref ref-type="sec" rid="s2-3">section&#x20;2.3</xref>.</p>
<sec id="s2-1">
<title>2.1 Differential Geometry</title>
<p>In general, the two dimensional thin shell representing the cell cortex is parametrized by the three-dimensional vector <bold>
<italic>X</italic>
</bold> (<italic>s</italic>
<sup>1</sup>, <italic>s</italic>
<sup>2</sup>) which depends on the two surface coordinates <italic>s</italic>
<sup>1</sup>, <italic>s</italic>
<sup>2</sup>. The latter determine the in-plane position on the thin shell. From the parametrization <bold>
<italic>X</italic>
</bold> two in-plane coordinate vectors pointing locally along the thin shell are derived<disp-formula id="e1">
<mml:math id="m1">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">e</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x2202;</mml:mi>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">X</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x2202;</mml:mi>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mspace width="0.3333em" class="nbsp"/>
<mml:mspace width="0.3333em" class="nbsp"/>
<mml:mspace width="0.3333em" class="nbsp"/>
<mml:mspace width="0.3333em" class="nbsp"/>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">e</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x2202;</mml:mi>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">X</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x2202;</mml:mi>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mo>,</mml:mo>
</mml:math>
<label>(1)</label>
</disp-formula>and using those a unit normal vector on the thin shell that points outwards can be defined<disp-formula id="e2">
<mml:math id="m2">
<mml:mi mathvariant="bold-italic">n</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">e</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#xd7;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">e</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">&#x7c;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">e</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#xd7;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">e</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo stretchy="false">&#x7c;</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mo>.</mml:mo>
</mml:math>
<label>(2)</label>
</disp-formula>
</p>
<p>The metric tensor of the thin shell is defined by<disp-formula id="e3">
<mml:math id="m3">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>g</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
<mml:mi>&#x3b2;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">e</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x22c5;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">e</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b2;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>,</mml:mo>
</mml:math>
<label>(3)</label>
</disp-formula>and its curvature tensor by<disp-formula id="e4">
<mml:math id="m4">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>C</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
<mml:mi>&#x3b2;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x2202;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x2202;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b2;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">X</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mo>&#x22c5;</mml:mo>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">n</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
</mml:math>
<label>(4)</label>
</disp-formula>with Greek indices <italic>&#x3b1;</italic>, <italic>&#x3b2;</italic>, <italic>&#x3b3;</italic> &#x3d; 1, 2 referring to the in-plane coordinates <italic>s</italic>
<sup>1</sup>, <italic>s</italic>
<sup>2</sup>. In the following, we use the Einstein convention where a double occurrence of an upper (contravariant) and lower (covariant) index implies a sum. A lower (covariant) index can be raised with the metric tensor, e.g., for a general vector component <italic>a</italic>
<sup>
<italic>&#x3b2;</italic>
</sup> &#x3d; <italic>a</italic>
<sub>
<italic>&#x3b1;</italic>
</sub>
<italic>g</italic>
<sup>
<italic>&#x3b1;&#x3b2;</italic>
</sup> or a general tensor <italic>t</italic>
<sub>
<italic>&#x3b1;</italic>
</sub>
<sup>
<italic>&#x3b2;</italic>
</sup> &#x3d; <italic>t</italic>
<sub>
<italic>&#x3b1;&#x3b3;</italic>
</sub>
<italic>g</italic>
<sup>
<italic>&#x3b3;&#x3b2;</italic>
</sup>. Correspondingly, an upper (contravariant) index can be lowered by <italic>a</italic>
<sub>
<italic>&#x3b2;</italic>
</sub> &#x3d; <italic>g</italic>
<sub>
<italic>&#x3b2;&#x3b1;</italic>
</sub>
<italic>a</italic>
<sup>
<italic>&#x3b1;</italic>
</sup> or <italic>t</italic>
<sub>
<italic>&#x3b1;&#x3b2;</italic>
</sub> &#x3d; <italic>t</italic>
<sub>
<italic>&#x3b1;</italic>
</sub>
<sup>
<italic>&#x3b3;</italic>
</sup>
<italic>g</italic>
<sub>
<italic>&#x3b3;&#x3b2;</italic>
</sub>. For a symmetric tensor <italic>t</italic>
<sub>
<italic>&#x3b1;&#x3b2;</italic>
</sub> &#x3d; <italic>t</italic>
<sub>
<italic>&#x3b2;&#x3b1;</italic>
</sub> the order of upper and lower indices becomes obsolete in mixed notation, i.e.,&#x20;it can be written as <inline-formula id="inf1">
<mml:math id="m5">
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b2;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
</mml:math>
</inline-formula>.</p>
<p>We denote the partial derivative along the in-plane coordinates of a general function <italic>f</italic> by <italic>&#x2202;</italic>
<sub>
<italic>&#x3b1;</italic>
</sub>
<italic>f</italic> and the covariant derivative by &#x2207;<sub>
<italic>&#x3b1;</italic>
</sub> <italic>f</italic>. The covariant derivative is defined for a scalar by &#x2207;<sub>
<italic>&#x3b1;</italic>
</sub> <italic>f</italic>&#x20;&#x3d; <italic>&#x2202;</italic>
<sub>
<italic>&#x3b1;</italic>
</sub> <italic>f</italic>, for a vector component by <inline-formula id="inf2">
<mml:math id="m6">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2207;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>a</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b2;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x2202;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>a</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b2;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">&#x393;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
<mml:mi>&#x3b3;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b2;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>a</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b3;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:math>
</inline-formula>, and for a general tensor by <inline-formula id="inf3">
<mml:math id="m7">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2207;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b2;</mml:mi>
<mml:mi>&#x3b3;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x2202;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b2;</mml:mi>
<mml:mi>&#x3b3;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">&#x393;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b4;</mml:mi>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b2;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b4;</mml:mi>
<mml:mi>&#x3b3;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">&#x393;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
<mml:mi>&#x3b4;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b3;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b2;</mml:mi>
<mml:mi>&#x3b4;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:math>
</inline-formula>, where <inline-formula id="inf4">
<mml:math id="m8">
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">&#x393;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
<mml:mi>&#x3b2;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b3;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
</mml:math>
</inline-formula> denotes the Christoffel symbols of the second kind [<xref ref-type="bibr" rid="B54">54</xref>]. Later, we denote the contraction of the covariant derivative with the metric tensor in contravariant components as &#x2207;<sup>
<italic>&#x3b2;</italic>
</sup> &#x3d; <italic>g</italic>
<sup>
<italic>&#x3b2;&#x3b3;</italic>
</sup>&#x2207;<sub>
<italic>&#x3b3;</italic>
</sub>. The covariant derivative of the in-plane and normal coordinate vector is given by the equations of Gauss and Weingarten<disp-formula id="e5">
<mml:math id="m9">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2207;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">e</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b2;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>C</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
<mml:mi>&#x3b2;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">n</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mspace width="0.3333em" class="nbsp"/>
<mml:mspace width="0.3333em" class="nbsp"/>
<mml:mspace width="0.3333em" class="nbsp"/>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2207;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">n</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>C</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b2;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">e</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b2;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>,</mml:mo>
</mml:math>
<label>(5)</label>
</disp-formula>respectively.</p>
<p>The key quantity of interest for the viscous active cortex is the cortical velocity field <bold>
<italic>v</italic>
</bold>. It is defined on the cortex, thus depending on (<italic>s</italic>
<sup>1</sup>, <italic>s</italic>
<sup>2</sup>), but is a three-dimensional vector. Compared to Ref. [<xref ref-type="bibr" rid="B45">45</xref>] we do not use a Hodge decomposition of the velocity field, but treat it as a vector field expressed in Cartesian coordinates. Therefore, it can be decomposed in the local coordinate system on the thin shell by projection onto the in-plane and normal coordinate vector<disp-formula id="e6">
<mml:math id="m10">
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>v</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">v</mml:mi>
<mml:mo>&#x22c5;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">e</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mspace width="0.3333em" class="nbsp"/>
<mml:mspace width="0.3333em" class="nbsp"/>
<mml:mi mathvariant="normal">a</mml:mi>
<mml:mi mathvariant="normal">n</mml:mi>
<mml:mi mathvariant="normal">d</mml:mi>
<mml:mspace width="0.3333em" class="nbsp"/>
<mml:mspace width="0.3333em" class="nbsp"/>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>v</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">v</mml:mi>
<mml:mo>&#x22c5;</mml:mo>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">n</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
</mml:math>
<label>(6)</label>
</disp-formula>with its in-plane components <italic>v</italic>
<sup>
<italic>&#x3b1;</italic>
</sup> and its normal component <italic>v</italic>
<sup>
<italic>n</italic>
</sup> such that<disp-formula id="e7">
<mml:math id="m11">
<mml:mi mathvariant="bold-italic">v</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>v</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">e</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>v</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">n</mml:mi>
<mml:mo>.</mml:mo>
</mml:math>
<label>(7)</label>
</disp-formula>
</p>
<p>The total in-plane vectorial component of the velocity field can further be determined by<disp-formula id="e8">
<mml:math id="m12">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">v</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mn mathvariant="bold-italic">1</mml:mn>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">n</mml:mi>
<mml:mo>&#x2297;</mml:mo>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">n</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mo>&#x22c5;</mml:mo>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">v</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
</mml:math>
<label>(8)</label>
</disp-formula>with the projector <bold>
<italic>n</italic>
</bold> &#x2297;<bold> <italic>n</italic>
</bold> onto the normal vector, which is the outer product of the normal vector with itself, and with <bold>
<italic>1</italic>
</bold> the unit matrix. The velocity gradient on the thin shell is defined as [<xref ref-type="bibr" rid="B40">40</xref>].<disp-formula id="e9">
<mml:math id="m13">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>v</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
<mml:mi>&#x3b2;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mfenced open="[" close="]">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2207;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>v</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b2;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2207;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b2;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>v</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>C</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
<mml:mi>&#x3b2;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>v</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mo>,</mml:mo>
</mml:math>
<label>(9)</label>
</disp-formula>which is equivalent to the definition in vector notation<disp-formula id="e10">
<mml:math id="m14">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>v</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
<mml:mi>&#x3b2;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mfenced open="[" close="]">
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x2202;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">v</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mo>&#x22c5;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">e</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b2;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x2202;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b2;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">v</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mo>&#x22c5;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">e</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mfenced open="[" close="]">
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2207;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">v</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mo>&#x22c5;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">e</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b2;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2207;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b2;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">v</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mo>&#x22c5;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">e</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mo>.</mml:mo>
</mml:math>
<label>(10)</label>
</disp-formula>
</p>
</sec>
<sec id="s2-2">
<title>2.2 Force Balance for a Viscous Active Cortex</title>
<p>Forces in the cortex, e.g., arising due to gradients in the velocity, are described by a stress tensor, in analogy to three-dimensional hydrodynamics [<xref ref-type="bibr" rid="B53">53</xref>, <xref ref-type="bibr" rid="B56">56</xref>]. Here, the stress tensor is defined on the thin shell and therefore denoted as surface stress <bold>
<italic>t</italic>
</bold>
<sup>
<italic>&#x3b1;</italic>
</sup> [<xref ref-type="bibr" rid="B42">42</xref>, <xref ref-type="bibr" rid="B53">53</xref>] consisting of two vectors (<italic>&#x3b1;</italic> &#x3d; 1, 2) and having dimensions 3 &#xd7; 2. The surface stress in turn can be further decomposed into the in-plane surface stress <italic>t</italic>
<sup>
<italic>&#x3b1;&#x3b2;</italic>
</sup>, a 2 &#xd7; 2-tensor, and the normal surface stress <inline-formula id="inf5">
<mml:math id="m15">
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
</mml:math>
</inline-formula> [<xref ref-type="bibr" rid="B42">42</xref>] as<disp-formula id="e11">
<mml:math id="m16">
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">t</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
<mml:mi>&#x3b2;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">e</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b2;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">n</mml:mi>
<mml:mo>.</mml:mo>
</mml:math>
<label>(11)</label>
</disp-formula>
</p>
<p>For vanishing normal surface stress <inline-formula id="inf6">
<mml:math id="m17">
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:math>
</inline-formula>, which is typically the case for an infinitely thin surface which does not sustain internal bending moments [<xref ref-type="bibr" rid="B40">40</xref>], the force balance for a thin shell in the presence of a pressure difference <italic>P</italic> between the cell&#x2019;s interior, the cytoplasm, and its external environment, but in absence of other external forces, becomes.<disp-formula id="e12">
<mml:math id="m18">
<mml:mtable class="align" columnalign="left">
<mml:mtr>
<mml:mtd columnalign="right">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2207;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
<mml:mi>&#x3b2;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mtd>
<mml:mtd columnalign="left">
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
<mml:mo>,</mml:mo>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
</mml:mtable>
</mml:math>
<label>(12)</label>
</disp-formula>
<disp-formula id="e13">
<mml:math id="m19">
<mml:mtable class="align" columnalign="left">
<mml:mtr>
<mml:mtd columnalign="right">
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>C</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
<mml:mi>&#x3b2;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
<mml:mi>&#x3b2;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mtd>
<mml:mtd columnalign="left">
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mi>P</mml:mi>
<mml:mo>.</mml:mo>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
</mml:mtable>
</mml:math>
<label>(13)</label>
</disp-formula>
</p>
<p>The pressure difference <italic>P</italic> accounts for the incompressibility of the cytoplasm, which enters as an additional constraint as detailed in <xref ref-type="sec" rid="s3-2">section&#x20;3.2</xref>.</p>
<p>We consider a viscous cortex with planar shear <italic>&#x3b7;</italic>
<sub>
<italic>s</italic>
</sub> and bulk viscosity <italic>&#x3b7;</italic>
<sub>
<italic>b</italic>
</sub>, which is subject to active forces described by the active surface stress tensor <italic>&#x3b6;</italic>
<sup>
<italic>&#x3b1;&#x3b2;</italic>
</sup>. Accordingly, the constitutive equation reads [<xref ref-type="bibr" rid="B40">40</xref>].<disp-formula id="e14">
<mml:math id="m20">
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
<mml:mi>&#x3b2;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mtext>v</mml:mtext>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
<mml:mi>&#x3b2;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b6;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
<mml:mi>&#x3b2;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mo>,</mml:mo>
</mml:math>
<label>(14)</label>
</disp-formula>with the viscous surface stress tensor determined by<disp-formula id="e15">
<mml:math id="m21">
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mtext>v</mml:mtext>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
<mml:mi>&#x3b2;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b7;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mi>v</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x303;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
<mml:mi>&#x3b2;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b7;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>b</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>v</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b3;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b3;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>g</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
<mml:mi>&#x3b2;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mo>,</mml:mo>
</mml:math>
<label>(15)</label>
</disp-formula>where <inline-formula id="inf7">
<mml:math id="m22">
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mi>v</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x303;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
<mml:mi>&#x3b2;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>v</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
<mml:mi>&#x3b2;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>v</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b3;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b3;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>g</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
<mml:mi>&#x3b2;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:math>
</inline-formula>. The expression in <xref ref-type="disp-formula" rid="e15">Eq. 15</xref> is equivalent to the viscous stress tensor in three dimensions [<xref ref-type="bibr" rid="B56">56</xref>]. The active surface stress <italic>&#x3b6;</italic>
<sup>
<italic>&#x3b1;&#x3b2;</italic>
</sup> describes internal forces in the cortex which stem from active processes, such as motor proteins walking along cytoskeletal filaments by conversion of chemically stored energy [<xref ref-type="bibr" rid="B35">35</xref>, <xref ref-type="bibr" rid="B37">37</xref>, <xref ref-type="bibr" rid="B40">40</xref>]. The active surface stress ranges around 10<sup>&#x2212;4</sup>N/m [<xref ref-type="bibr" rid="B57">57</xref>&#x2013;<xref ref-type="bibr" rid="B61">61</xref>]. A typical value of the shear viscosity of the cell cortex is <italic>&#x3b7;</italic>
<sub>
<italic>s</italic>
</sub> &#x3d; 27&#x20;&#xd7; 10<sup>&#x2212;4</sup>&#xa0;Pa s m [<xref ref-type="bibr" rid="B62">62</xref>]. For the plasma membrane of a red blood cell a shear viscosity of about <italic>&#x3b7;</italic>
<sub>
<italic>s</italic>
</sub> &#x2248; 3&#x20;&#xd7; 10<sup>&#x2212;7</sup>&#xa0;Pa s m has been reported [<xref ref-type="bibr" rid="B63">63</xref>, <xref ref-type="bibr" rid="B64">64</xref>], which is about four orders of magnitude smaller than a typical cortex viscosity and therefore the cortical viscosity dominates. We expect in general the two viscosities to be of similar order of magnitude, if the cortex can be seen as a thin layer of homogeneous material.</p>
<p>In the following, we assume that the distribution of active surface stress <italic>&#x3b6;</italic>
<sup>
<italic>&#x3b1;&#x3b2;</italic>
</sup> in the cortex is known, but our method allows for a potential coupling of active surface stress to a concentration field, e.g., of myosin. We consider a coupling to a passive immersing fluid, where the pressure difference <italic>P</italic> balances the average active in-plane surface stress. Despite these contributions we consider the cortex to be free of other external forces or external torques. Inserting the constitutive law for in-plane surface stress tensor (14) into the force balance <xref ref-type="disp-formula" rid="e12">Eqs 12</xref>, <xref ref-type="disp-formula" rid="e13">13</xref> we obtain for the cortex in absence of any other external forces.<disp-formula id="e16">
<mml:math id="m23">
<mml:mtable class="align" columnalign="left">
<mml:mtr>
<mml:mtd columnalign="right">
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b7;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2207;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>v</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
<mml:mi>&#x3b2;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b7;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>b</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b7;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2207;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>v</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b3;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b3;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>g</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
<mml:mi>&#x3b2;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mtd>
<mml:mtd columnalign="left">
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2207;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b6;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
<mml:mi>&#x3b2;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mo>,</mml:mo>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
</mml:mtable>
</mml:math>
<label>(16)</label>
</disp-formula>
<disp-formula id="e17">
<mml:math id="m24">
<mml:mtable class="align" columnalign="left">
<mml:mtr>
<mml:mtd columnalign="right">
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b7;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>C</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
<mml:mi>&#x3b2;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>v</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
<mml:mi>&#x3b2;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b7;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>b</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b7;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>v</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b3;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b3;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>C</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
<mml:mi>&#x3b2;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>g</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
<mml:mi>&#x3b2;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mi>P</mml:mi>
</mml:mtd>
<mml:mtd columnalign="left">
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>C</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
<mml:mi>&#x3b2;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b6;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
<mml:mi>&#x3b2;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mo>,</mml:mo>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
</mml:mtable>
</mml:math>
<label>(17)</label>
</disp-formula>where the <xref ref-type="disp-formula" rid="e16">Eq. 16</xref> are the tangential force balance equations and <xref ref-type="disp-formula" rid="e17">Eq. 17</xref> is the normal one. Our goal is to solve the force balance <xref ref-type="disp-formula" rid="e16">Eqs 16</xref>, <xref ref-type="disp-formula" rid="e17">17</xref> for the velocity field and pressure difference due to a given active surface stress distribution <italic>&#x3b6;</italic>
<sup>
<italic>&#x3b1;&#x3b2;</italic>
</sup>.</p>
</sec>
<sec id="s2-3">
<title>2.3 The Force Balance in Terms of Cartesian Vectors</title>
<p>The aim of this section is a formulation of the force balance <xref ref-type="disp-formula" rid="e16">Eqs 16</xref>, <xref ref-type="disp-formula" rid="e17">17</xref> in terms of the velocity and its derivatives expressed in Cartesian vectors. This is the direct basis of our numerical algorithm, which will be detailed in <xref ref-type="sec" rid="s3">section 3</xref>, and we obtain this by combining <xref ref-type="sec" rid="s2-1">section 2.1</xref> and <xref ref-type="sec" rid="s2-2">section 2.2</xref>. Motivated by the parabolic fitting procedure to determine curvature and derivatives on a discrete thin shell [<xref ref-type="bibr" rid="B42">42</xref>, <xref ref-type="bibr" rid="B65">65</xref>], we start with a parabolic expansion of the velocity vector in in-plane coordinates (<italic>s</italic>
<sup>1</sup>, <italic>s</italic>
<sup>2</sup>) in the surrounding of a given position <bold>
<italic>r</italic>
</bold>
<sub>
<italic>&#x3bd;</italic>
</sub> on the thin shell<disp-formula id="e18">
<mml:math id="m25">
<mml:mi mathvariant="bold-italic">v</mml:mi>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">v</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3bd;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:munder>
<mml:mrow>
<mml:munder accentunder="false">
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2207;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">v</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#xfe38;</mml:mo>
</mml:munder>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">A</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">v</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:munder>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:munder>
<mml:mrow>
<mml:munder accentunder="false">
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2207;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">v</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#xfe38;</mml:mo>
</mml:munder>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">B</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">v</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:munder>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:munder>
<mml:mrow>
<mml:munder accentunder="false">
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2207;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2207;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">v</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#xfe38;</mml:mo>
</mml:munder>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">C</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">v</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:munder>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:munder>
<mml:mrow>
<mml:munder accentunder="false">
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2207;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2207;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">v</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#xfe38;</mml:mo>
</mml:munder>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">D</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">v</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:munder>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:munder>
<mml:mrow>
<mml:munder accentunder="false">
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2207;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2207;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">v</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#xfe38;</mml:mo>
</mml:munder>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">E</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">v</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:munder>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mo>,</mml:mo>
</mml:math>
<label>(18)</label>
</disp-formula>with <inline-formula id="inf8">
<mml:math id="m26">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">v</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3bd;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">v</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">r</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3bd;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">v</mml:mi>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:math>
</inline-formula> and <bold>
<italic>A</italic>
</bold>
<sub>
<italic>v</italic>
</sub>, <bold>
<italic>B</italic>
</bold>
<sub>
<italic>v</italic>
</sub>, <italic>&#x2026;</italic>, <bold>
<italic>E</italic>
</bold>
<sub>
<italic>v</italic>
</sub> being the first and second derivative of the velocity field <bold>
<italic>v</italic>
</bold> with respect to in-plane coordinates at position <bold>
<italic>r</italic>
</bold> &#x3d; <bold>
<italic>r</italic>
</bold>
<sub>
<bold>
<italic>&#x3bd;</italic>
</bold>
</sub>. Using the parabolic expansion of the velocity field in <xref ref-type="disp-formula" rid="e18">Eq. 18</xref>, we can first directly express the velocity gradient (10) evaluated at <bold>
<italic>r</italic>
</bold> &#x3d; <bold>
<italic>r</italic>
</bold>
<sub>
<bold>
<italic>&#x3bd;</italic>
</bold>
</sub> in terms of the velocity derivatives <bold>
<italic>A</italic>
</bold>
<sub>
<italic>v</italic>
</sub>, <bold>
<italic>B</italic>
</bold>
<sub>
<italic>v</italic>
</sub>, <italic>&#x2026;</italic>, <bold>
<italic>E</italic>
</bold>
<sub>
<italic>v</italic>
</sub>
<disp-formula id="e19">
<mml:math id="m27">
<mml:mtable class="align" columnalign="left">
<mml:mtr>
<mml:mtd columnalign="right">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>v</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>11</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">A</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>v</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x22c5;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">e</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>,</mml:mo>
</mml:mtd>
<mml:mtd columnalign="left">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>v</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>22</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">B</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>v</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x22c5;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">e</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>,</mml:mo>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
</mml:mtable>
</mml:math>
<label>(19)</label>
</disp-formula>
<disp-formula id="e20">
<mml:math id="m28">
<mml:mtable class="align" columnalign="left">
<mml:mtr>
<mml:mtd columnalign="right">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>v</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>12</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>v</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>21</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
</mml:mtd>
<mml:mtd columnalign="left">
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">A</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>v</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x22c5;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">e</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">B</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>v</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x22c5;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">e</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mo>.</mml:mo>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
</mml:mtable>
</mml:math>
<label>(20)</label>
</disp-formula>
</p>
<p>The trace of the velocity gradient is<disp-formula id="e21">
<mml:math id="m29">
<mml:mtable class="align" columnalign="left">
<mml:mtr>
<mml:mtd columnalign="right">
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>v</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b3;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b3;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
</mml:mtd>
<mml:mtd columnalign="left">
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>v</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
<mml:mi>&#x3b2;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>g</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
<mml:mi>&#x3b2;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>g</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>11</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>v</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>11</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>g</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>12</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>v</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>12</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>g</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>22</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>v</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>22</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd columnalign="right"/>
<mml:mtd columnalign="left">
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>g</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>11</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">A</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>v</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x22c5;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">e</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>g</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>12</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mfenced open="[" close="]">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">A</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>v</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x22c5;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">e</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">B</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>v</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x22c5;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">e</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>g</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>22</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">B</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>v</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x22c5;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">e</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>.</mml:mo>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
</mml:mtable>
</mml:math>
<label>(21)</label>
</disp-formula>
</p>
<p>Next, we can calculate the derivative of the velocity gradient tensor in <xref ref-type="disp-formula" rid="e10">Eq. 10</xref> which, using the equations of Weingarten and Gauss (5), becomes<disp-formula id="e22">
<mml:math id="m30">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2207;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>v</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b2;</mml:mi>
<mml:mi>&#x3b3;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2207;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2207;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b2;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">v</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mo>&#x22c5;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">e</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b3;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>C</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
<mml:mi>&#x3b3;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2207;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b2;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">v</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mo>&#x22c5;</mml:mo>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">n</mml:mi>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2207;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2207;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b3;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">v</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mo>&#x22c5;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">e</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b2;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>C</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
<mml:mi>&#x3b2;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2207;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b3;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">v</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mo>&#x22c5;</mml:mo>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">n</mml:mi>
<mml:mo>.</mml:mo>
</mml:math>
<label>(22)</label>
</disp-formula>
</p>
<p>Using that &#x2207;<sub>
<italic>&#x3b1;</italic>
</sub>&#xa0;<italic>g</italic>
<sup> <italic>&#x3b2;&#x3b3;</italic>
</sup> &#x3d; 0, we can calculate the derivative of the contravariant components of the velocity gradient by<disp-formula id="e23">
<mml:math id="m31">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2207;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>v</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b2;</mml:mi>
<mml:mi>&#x3b3;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>g</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b2;</mml:mi>
<mml:mi>&#x3f5;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>g</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b4;</mml:mi>
<mml:mi>&#x3b3;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2207;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>v</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3f5;</mml:mi>
<mml:mi>&#x3b4;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>.</mml:mo>
</mml:math>
<label>(23)</label>
</disp-formula>
</p>
<p>Furthermore, we calculate the derivative of the velocity gradient&#x2019;s trace via<disp-formula id="equ1">
<mml:math id="m32">
<mml:mtable class="align-star" columnalign="left">
<mml:mtr>
<mml:mtd columnalign="right">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2207;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>v</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b3;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b3;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
</mml:mtd>
<mml:mtd columnalign="left">
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2207;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>g</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b3;</mml:mi>
<mml:mi>&#x3b2;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>v</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b2;</mml:mi>
<mml:mi>&#x3b3;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>g</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b3;</mml:mi>
<mml:mi>&#x3b2;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2207;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>v</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b2;</mml:mi>
<mml:mi>&#x3b3;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd columnalign="right"/>
<mml:mtd columnalign="left">
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>g</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>11</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2207;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>v</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>11</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>g</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>12</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2207;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>v</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>12</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>g</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>21</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2207;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>v</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>21</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>g</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>22</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2207;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>v</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>22</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
</mml:mtable>
</mml:math>
</disp-formula>using the formula for the gradient in <xref ref-type="disp-formula" rid="e22">Eq. 22</xref>. Writing down these equations for fixed indices <italic>&#x3b1;</italic>, <italic>&#x3b2;</italic>, <italic>&#x3b3;</italic> &#x3d; 1, 2, they can be explicitly written in terms of <bold>
<italic>A</italic>
</bold>
<sub>
<italic>v</italic>
</sub>, <bold>
<italic>B</italic>
</bold>
<sub>
<italic>v</italic>
</sub>, <italic>&#x2026;</italic>,&#x20;<bold>
<italic>E</italic>
</bold>
<sub>
<italic>v</italic>
</sub>.</p>
<p>In the final step, we aim for a formulation of the force balance equations <xref ref-type="disp-formula" rid="e16">Eq. 16</xref>, <xref ref-type="disp-formula" rid="e17">Eq. 17</xref> in terms of the velocity derivatives in Cartesian coordinates. Rearranging equations <xref ref-type="disp-formula" rid="e16">Eq. 16</xref>, <xref ref-type="disp-formula" rid="e17">Eq. 17</xref> using <inline-formula id="inf9">
<mml:math id="m33">
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>v</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b2;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>v</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b2;</mml:mi>
<mml:mi>&#x3b3;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>g</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b3;</mml:mi>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:math>
</inline-formula> and <inline-formula id="inf10">
<mml:math id="m34">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>g</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
<mml:mi>&#x3b2;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>g</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b2;</mml:mi>
<mml:mi>&#x3b3;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b4;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b3;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
</mml:math>
</inline-formula> leads to<disp-formula id="e24">
<mml:math id="m35">
<mml:mtable class="align" columnalign="left">
<mml:mtr>
<mml:mtd columnalign="right">
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b7;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>g</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b3;</mml:mi>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2207;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>v</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b2;</mml:mi>
<mml:mi>&#x3b3;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b7;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>b</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b7;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2207;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>v</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b3;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b3;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b4;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b2;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
</mml:mtd>
<mml:mtd columnalign="left">
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2207;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b6;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mspace width="0.3333em" class="nbsp"/>
<mml:mi>&#x3b2;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
</mml:mtable>
</mml:math>
<label>(24)</label>
</disp-formula>
<disp-formula id="e25">
<mml:math id="m36">
<mml:mtable class="align" columnalign="left">
<mml:mtr>
<mml:mtd columnalign="right">
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b7;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>C</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
<mml:mi>&#x3b2;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>v</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
<mml:mi>&#x3b2;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b7;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>b</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b7;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>v</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b3;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b3;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>C</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b4;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b4;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mi>P</mml:mi>
</mml:mtd>
<mml:mtd columnalign="left">
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>C</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mspace width="0.3333em" class="nbsp"/>
<mml:mi>&#x3b2;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b6;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mspace width="0.3333em" class="nbsp"/>
<mml:mi>&#x3b2;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mo>.</mml:mo>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
</mml:mtable>
</mml:math>
<label>(25)</label>
</disp-formula>
</p>
<p>The components of the force balance equation in this form can be explicitly expanded using the expressions derived above. Writing down each component on its own and collecting terms with respect to <bold>
<italic>A</italic>
</bold>
<sub>
<italic>v</italic>
</sub>, <bold>
<italic>B</italic>
</bold>
<sub>
<italic>v</italic>
</sub>, <italic>&#x2026;</italic>, <bold>
<italic>E</italic>
</bold>
<sub>
<italic>v</italic>
</sub> we end up with the first tangential force balance equation in the form<disp-formula id="e26">
<mml:math id="m37">
<mml:mtable class="align" columnalign="left">
<mml:mtr>
<mml:mtd columnalign="right"/>
<mml:mtd columnalign="left">
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b7;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>g</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>11</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>C</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>11</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">n</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>3</mml:mn>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b7;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>g</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>21</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>C</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>12</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">n</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b7;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>g</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>22</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>C</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>22</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">n</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b7;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>b</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b7;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>g</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>11</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>C</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>11</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">n</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b7;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>b</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b7;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>g</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>12</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>C</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>12</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">n</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mo>&#x22c5;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">A</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">v</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd columnalign="right"/>
<mml:mtd columnalign="left">
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b7;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>g</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>21</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>C</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>11</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">n</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b7;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>g</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>22</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>C</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>21</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">n</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b7;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>b</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b7;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>g</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>12</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>C</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>11</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">n</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b7;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>b</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b7;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>g</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>22</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>C</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>12</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">n</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mo>&#x22c5;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">B</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">v</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd columnalign="right"/>
<mml:mtd columnalign="left">
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b7;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>g</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>11</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">e</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b7;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>g</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>21</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">e</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b7;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>b</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b7;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>g</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>11</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">e</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b7;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>b</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b7;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>g</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>12</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">e</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mo>&#x22c5;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">C</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">v</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd columnalign="right"/>
<mml:mtd columnalign="left">
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b7;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>g</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>22</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">e</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mo>&#x22c5;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">D</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">v</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd columnalign="right"/>
<mml:mtd columnalign="left">
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mn>3</mml:mn>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b7;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>g</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>21</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">e</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b7;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>g</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>22</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">e</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b7;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>b</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b7;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>g</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>12</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">e</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b7;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>b</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b7;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>g</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>22</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">e</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mo>&#x22c5;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">E</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">v</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd columnalign="right"/>
<mml:mtd columnalign="left">
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2207;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mspace width="0.3333em" class="nbsp"/>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b6;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2207;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mspace width="0.3333em" class="nbsp"/>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b6;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mo>,</mml:mo>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
</mml:mtable>
</mml:math>
<label>(26)</label>
</disp-formula>the second tangential force balance equation<disp-formula id="e27">
<mml:math id="m38">
<mml:mtable class="align" columnalign="left">
<mml:mtr>
<mml:mtd columnalign="right"/>
<mml:mtd columnalign="left">
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b7;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>g</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>11</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>C</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>12</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">n</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b7;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>b</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b7;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>g</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>12</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>C</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>22</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">n</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b7;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>g</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>12</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>C</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>22</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">n</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b7;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>b</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b7;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>g</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>11</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>C</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>21</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">n</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mo>&#x22c5;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">A</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">v</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd columnalign="right"/>
<mml:mtd columnalign="left">
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b7;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>g</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>11</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>C</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>11</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">n</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>3</mml:mn>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b7;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>g</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>12</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>C</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>21</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">n</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b7;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>g</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>22</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>C</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>22</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">n</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b7;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>b</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b7;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>g</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>12</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>C</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>21</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">n</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b7;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>b</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b7;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>g</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>22</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>C</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>22</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">n</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mo>&#x22c5;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">B</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">v</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd columnalign="right"/>
<mml:mtd columnalign="left">
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b7;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>g</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>11</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">e</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mo>&#x22c5;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">C</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">v</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd columnalign="right"/>
<mml:mtd columnalign="left">
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b7;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>g</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>12</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">e</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b7;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>g</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>22</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">e</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b7;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>b</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b7;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>g</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>12</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">e</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b7;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>b</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b7;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>g</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>22</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">e</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mo>&#x22c5;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">D</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">v</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd columnalign="right"/>
<mml:mtd columnalign="left">
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b7;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>g</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>11</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">e</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mn>3</mml:mn>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b7;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>g</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>12</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">e</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b7;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>b</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b7;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>g</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>11</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">e</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b7;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>b</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b7;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>g</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>12</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">e</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mo>&#x22c5;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">E</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">v</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd columnalign="right"/>
<mml:mtd columnalign="left">
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2207;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b6;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mspace width="0.3333em" class="nbsp"/>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2207;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b6;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mspace width="0.3333em" class="nbsp"/>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mo>,</mml:mo>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
</mml:mtable>
</mml:math>
<label>(27)</label>
</disp-formula>and the normal force balance equation<disp-formula id="e28">
<mml:math id="m39">
<mml:mtable class="align" columnalign="left">
<mml:mtr>
<mml:mtd columnalign="right"/>
<mml:mtd columnalign="left">
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b7;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>C</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>11</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">e</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b7;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>C</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>12</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">e</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mi>C</mml:mi>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b7;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>b</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b7;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>g</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>11</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">e</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mi>C</mml:mi>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b7;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>b</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b7;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>g</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>12</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">e</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mo>&#x22c5;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">A</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">v</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd columnalign="right"/>
<mml:mtd columnalign="left">
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b7;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>C</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>12</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">e</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b7;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>C</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>22</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">e</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mi>C</mml:mi>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b7;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>b</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b7;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>g</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>12</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">e</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mi>C</mml:mi>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b7;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>b</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b7;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>g</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>22</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">e</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mo>&#x22c5;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">B</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">v</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd columnalign="right"/>
<mml:mtd columnalign="left">
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mi>P</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>C</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mspace width="0.3333em" class="nbsp"/>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b6;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mspace width="0.3333em" class="nbsp"/>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>C</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mspace width="0.3333em" class="nbsp"/>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b6;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mspace width="0.3333em" class="nbsp"/>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>C</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mspace width="0.3333em" class="nbsp"/>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b6;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mspace width="0.3333em" class="nbsp"/>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>C</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mspace width="0.3333em" class="nbsp"/>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b6;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mspace width="0.3333em" class="nbsp"/>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mo>,</mml:mo>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
</mml:mtable>
</mml:math>
<label>(28)</label>
</disp-formula>where we introduced <inline-formula id="inf11">
<mml:math id="m40">
<mml:mi>C</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>C</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b3;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b3;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
</mml:math>
</inline-formula>. On the right hand side of the tangential force balance the active surface stress appears which we here consider symmetric and isotropic, i.e.,<disp-formula id="e29">
<mml:math id="m41">
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b6;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b2;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3b6;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b4;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b2;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mo>.</mml:mo>
</mml:math>
<label>(29)</label>
</disp-formula>
</p>
<p>We note that the incorporation of anisotropic active stress is straightforward and illustrated in Ref. [<xref ref-type="bibr" rid="B42">42</xref>], which can easily be followed to include an anisotropic active stress evolving with the deforming cortex in the present algorithm. The derivatives of the active stress<disp-formula id="equ2">
<mml:math id="m42">
<mml:mtable class="align-star" columnalign="left">
<mml:mtr>
<mml:mtd columnalign="right">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2207;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b6;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
</mml:mtd>
<mml:mtd columnalign="left">
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2207;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b6;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2207;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mi>&#x3b6;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>,</mml:mo>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd columnalign="right">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2207;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b6;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
</mml:mtd>
<mml:mtd columnalign="left">
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2207;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b6;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2207;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mi>&#x3b6;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>,</mml:mo>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
</mml:mtable>
</mml:math>
</disp-formula>can be calculated from the given active surface stress distribution <italic>&#x3b6;</italic>(<italic>s</italic>
<sup>1</sup>, <italic>s</italic>
<sup>2</sup>) on the deforming thin shell. From <xref ref-type="disp-formula" rid="e29">Eq. 29</xref> we can directly use<disp-formula id="equ3">
<mml:math id="m43">
<mml:mtable class="align-star" columnalign="left">
<mml:mtr>
<mml:mtd columnalign="right">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2207;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b6;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
</mml:mtd>
<mml:mtd columnalign="left">
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mspace width="0.3333em" class="nbsp"/>
<mml:mspace width="0.3333em" class="nbsp"/>
<mml:mspace width="0.3333em" class="nbsp"/>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2207;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b6;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd columnalign="right">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2207;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b6;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
</mml:mtd>
<mml:mtd columnalign="left">
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mspace width="0.3333em" class="nbsp"/>
<mml:mspace width="0.3333em" class="nbsp"/>
<mml:mspace width="0.3333em" class="nbsp"/>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2207;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b6;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
<mml:mo>.</mml:mo>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
</mml:mtable>
</mml:math>
</disp-formula>
</p>
</sec>
</sec>
<sec id="s3">
<title>3 Computational Method for a Viscous Active Cortex</title>
<p>As introduced above, our aim is a computational method to calculate the velocity field corresponding to a given active surface stress on a deforming cortex. In the following, we illustrate the steps of this numerical calculation. First, we discretize the thin shell representing a cell cortex and the velocity field in <xref ref-type="sec" rid="s3-1">section 3.1</xref>. This allows us to write down the force balance equations <xref ref-type="disp-formula" rid="e26">Eq. 26</xref>, <xref ref-type="disp-formula" rid="e27">Eq. 27</xref>, <xref ref-type="disp-formula" rid="e28">Eq. 28</xref> for each node of the discrete thin shell. We introduce constraints on the velocity field such as vanishing total velocity or angular momentum in <xref ref-type="sec" rid="s3-2">section 3.2</xref>. In order to obtain the solution of velocity field we use a minimization ansatz as detailed in <xref ref-type="sec" rid="s3-3">section 3.3</xref>. For a better numerical stability, we introduce an addition to the surface stress motivated by a bending viscosity in <xref ref-type="sec" rid="s3-4">section 3.4</xref>. In order to perform the minimization ansatz and in turn to solve the system of equations we need the derivatives of the velocity field in <xref ref-type="disp-formula" rid="e18">Eq. 18</xref> as functions of the velocity values at all discrete nodes as illustrated in <xref ref-type="sec" rid="s3-5">section 3.5</xref>. The final step consists of building a matrix for the equation system as detailed in <xref ref-type="sec" rid="s3-6">section&#x20;3.6</xref>.</p>
<sec id="s3-1">
<title>3.1 Discretization of the Cortex</title>
<p>In our numerical implementation we discretize the thin shell representing the combination of cortex and membrane by a set of nodes, which we refer to by their position <bold>
<italic>r</italic>
</bold>
<sub>
<italic>&#x3bd;</italic>
</sub> and/or index <italic>&#x3bd;</italic> &#x3d; 0, <italic>&#x2026;</italic>, <italic>N</italic>&#x2212;1, where <italic>N</italic> is the total number of nodes. The nodes are connected to flat triangles [<xref ref-type="bibr" rid="B65">65</xref>&#x2013;<xref ref-type="bibr" rid="B68">68</xref>], as sketched in <xref ref-type="fig" rid="F1">Figure&#x20;1</xref>. These triangles serve as a tool to determine the neighborhood of each node <bold>
<italic>r</italic>
</bold>
<sub>
<italic>&#x3bd;</italic>
</sub>. For each node on the membrane we define a local coordinate system as in Ref. [<xref ref-type="bibr" rid="B42">42</xref>] and sketched on the right hand side of <xref ref-type="fig" rid="F1">Figure&#x20;1</xref>. First, by averaging all normal vectors of the adjacent triangles weighted by angle [<xref ref-type="bibr" rid="B69">69</xref>], we obtain the local normal vector <bold>
<italic>n</italic>
</bold> on the node <bold>
<italic>r</italic>
</bold>
<sub>
<italic>&#x3bd;</italic>
</sub>. By connecting the <italic>&#x3bd;</italic>-th node to one of its neighbors and subtracting the normal component of the resulting vector, we determine the first in-plane coordinate vector <bold>
<italic>e</italic>
</bold>
<sub>
<italic>&#x3be;</italic>
</sub>. The choice of the neighboring node is arbitrary as we show in <xref ref-type="sec" rid="s11">Supplementary Appendix S3</xref>. By a normalized cross-product of <bold>
<italic>n</italic>
</bold> and <bold>
<italic>e</italic>
</bold>
<sub>
<italic>&#x3be;</italic>
</sub> the second in-plane coordinate vector <bold>
<italic>e</italic>
</bold>
<sub>
<italic>&#x3b7;</italic>
</sub> is obtained. Thus, we have for each node a local coordinate system<disp-formula id="e30">
<mml:math id="m44">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">e</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3be;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">e</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b7;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">n</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3bd;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">e</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3be;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">e</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b7;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">n</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mo>.</mml:mo>
</mml:math>
<label>(30)</label>
</disp-formula>
</p>
<fig id="F1" position="float">
<label>FIGURE 1</label>
<caption>
<p>Cortex discretization. Discretization of a thin shell by nodes connected to triangles <bold>(left)</bold>. For each node <inline-formula id="inf12">
<mml:math id="m45">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">r</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">&#x03BD;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:math>
</inline-formula>, a local coordinate system with in-plane coordinate vectors <inline-formula id="inf13">
<mml:math id="m46">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">e</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">&#x03BE;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:math>
</inline-formula>, <inline-formula id="inf14">
<mml:math id="m47">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">e</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">&#x3b7;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:math>
</inline-formula> and normal vector <bold>
<italic>n</italic>
</bold> is constructed. The velocity field, its derivatives and the force balance equations can be expressed in this local coordinate system (<inline-formula id="inf16">
<mml:math id="m49">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">e</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">&#x03BE;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">e</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">&#x03B7;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">n</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>) at the position <inline-formula id="inf17">
<mml:math id="m50">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">r</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">&#x03BD;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:math>
</inline-formula>.</p>
</caption>
<graphic xlink:href="fphy-09-753230-g001.tif"/>
</fig>
<p>The local curvature tensor at the position of the central node expressed in the local coordinate system (<xref ref-type="disp-formula" rid="e30">Eq. 30</xref>) can be obtained by a parabolic fitting procedure with respect to node position as detailed in Ref.&#x20;[<xref ref-type="bibr" rid="B42">42</xref>].</p>
<p>The active surface stress of the cortex is considered to be known, as detailed above, and its distribution can be described by an analytically tractable form on the initial shape of the cortex. As detailed in Ref. [<xref ref-type="bibr" rid="B42">42</xref>] the active surface stress distribution is therefore prescribed on the initial shape of the cortex for each node and afterwards advected with each&#x20;node.</p>
<p>The key quantity of interest, the velocity <bold>
<italic>v</italic>
</bold>, is a three-dimensional vector in the three-dimensional Cartesian space<disp-formula id="e31">
<mml:math id="m51">
<mml:mi mathvariant="bold-italic">v</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>v</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">e</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>v</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>y</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">e</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>y</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>v</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>z</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">e</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>z</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>,</mml:mo>
</mml:math>
<label>(31)</label>
</disp-formula>with <bold>
<italic>e</italic>
</bold>
<sub>
<italic>i</italic>
</sub>, <italic>i</italic>&#x20;&#x3d; <italic>x</italic>, <italic>y</italic>, <italic>z</italic> the Cartesian unit coordinate vectors. Because the velocity field is defined on the thin shell, we can evaluate the velocity at each node <italic>&#x3bd;</italic> giving <inline-formula id="inf18">
<mml:math id="m52">
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>v</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3bd;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>v</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">r</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3bd;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>. In total, the velocity field consists of the velocity of each node<disp-formula id="e32">
<mml:math id="m53">
<mml:mtable class="aligned">
<mml:mtr>
<mml:mtd columnalign="right">
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>v</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mtd>
<mml:mtd columnalign="left">
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">{</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>v</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3bd;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">}</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3bd;</mml:mi>
<mml:mo>&#x2208;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">{</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mn>0</mml:mn>
<mml:mo>;</mml:mo>
<mml:mo>&#x2026;</mml:mo>
<mml:mo>;</mml:mo>
<mml:mi>N</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">}</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>,</mml:mo>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd columnalign="right">
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>v</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>y</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mtd>
<mml:mtd columnalign="left">
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">{</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>v</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3bd;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>y</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">}</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3bd;</mml:mi>
<mml:mo>&#x2208;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">{</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mn>0</mml:mn>
<mml:mo>;</mml:mo>
<mml:mo>&#x2026;</mml:mo>
<mml:mo>;</mml:mo>
<mml:mi>N</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">}</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>,</mml:mo>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd columnalign="right">
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>v</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>z</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mtd>
<mml:mtd columnalign="left">
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">{</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>v</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3bd;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>z</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">}</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3bd;</mml:mi>
<mml:mo>&#x2208;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">{</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mn>0</mml:mn>
<mml:mo>;</mml:mo>
<mml:mo>&#x2026;</mml:mo>
<mml:mo>;</mml:mo>
<mml:mi>N</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">}</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>.</mml:mo>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
</mml:mtable>
</mml:math>
<label>(32)</label>
</disp-formula>
</p>
<p>The velocity components in the local coordinate system <xref ref-type="disp-formula" rid="e30">Eq. 30</xref> can easily be obtained by projection onto the corresponding local coordinate vectors according to <xref ref-type="disp-formula" rid="e6">Eq. 6</xref>
<disp-formula id="e33">
<mml:math id="m54">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>v</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3be;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">v</mml:mi>
<mml:mo>&#x22c5;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">e</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3be;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mspace width="0.3333em" class="nbsp"/>
<mml:mspace width="0.3333em" class="nbsp"/>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>v</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b7;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">v</mml:mi>
<mml:mo>&#x22c5;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">e</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b7;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mspace width="0.3333em" class="nbsp"/>
<mml:mspace width="0.3333em" class="nbsp"/>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>v</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">v</mml:mi>
<mml:mo>&#x22c5;</mml:mo>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">n</mml:mi>
<mml:mo>.</mml:mo>
</mml:math>
<label>(33)</label>
</disp-formula>With the derivatives of the velocity vector as introduced in <xref ref-type="disp-formula" rid="e18">Eq. 18</xref> being evaluated in local coordinates, i.e.,&#x20;<bold>
<italic>A</italic>
</bold>
<sub>
<italic>v</italic>
</sub> &#x3d; &#x2207;<sub>
<italic>&#x3be;</italic>
</sub>
<bold>
<italic>v</italic>
</bold>, <italic>&#x2026;</italic>, <bold>
<italic>E</italic>
</bold>
<sub>
<italic>v</italic>
</sub> &#x3d; &#x2207;<sub>
<italic>&#x3be;</italic>
</sub>&#x2207;<sub>
<italic>&#x3b7;</italic>
</sub>
<bold>
<italic>v</italic>
</bold>, we can write down the velocity gradient <xref ref-type="disp-formula" rid="e10">Eq. 10</xref> in the local coordinate system, e.g., the component<disp-formula id="equ4">
<mml:math id="m55">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>v</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3be;</mml:mi>
<mml:mi>&#x3b7;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mfenced open="[" close="]">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">A</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>v</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x22c5;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">e</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b7;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">B</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>v</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x22c5;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">e</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3be;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mo>.</mml:mo>
</mml:math>
</disp-formula>
</p>
<p>For the actual calculation of the derivatives of the velocity vector we refer to <xref ref-type="sec" rid="s3-5">section 3.5</xref>. Using the derivatives of the velocity and the velocity gradient in local coordinates, we are able to write down the force balance <xref ref-type="disp-formula" rid="e16">Eqs 16</xref>, <xref ref-type="disp-formula" rid="e17">17</xref> for each node <italic>&#x3bd;</italic> in its local coordinate system, which corresponds to <xref ref-type="disp-formula" rid="e26">Eqs 26</xref>&#x2013;<xref ref-type="disp-formula" rid="e28">28</xref>. Considering the tangential force balance <xref ref-type="disp-formula" rid="e26">Eqs 26</xref>, <xref ref-type="disp-formula" rid="e27">27</xref> together with the normal force balance <xref ref-type="disp-formula" rid="e28">Eq. 28</xref>, we end up with three differential equations. These we refer to in the following by its left hand side, which depends on the velocity vectors <bold>
<italic>v</italic>
</bold>
<sub>
<italic>&#x3bd;</italic>
</sub>, and by the right hand side, which does not depend on the velocity vectors. Therefore we have three coupled differential equations which the velocity field has to fulfill<disp-formula id="e34">
<mml:math id="m56">
<mml:mtable class="aligned">
<mml:mtr>
<mml:mtd columnalign="right">
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mtext>l.h.s.</mml:mtext>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3bd;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
</mml:mtd>
<mml:mtd columnalign="left">
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mtext>r.h.s.</mml:mtext>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3bd;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mo>,</mml:mo>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd columnalign="right">
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mtext>l.h.s.</mml:mtext>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3bd;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
</mml:mtd>
<mml:mtd columnalign="left">
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mtext>r.h.s.</mml:mtext>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3bd;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mo>,</mml:mo>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd columnalign="right">
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mtext>l.h.s.</mml:mtext>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3bd;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
</mml:mtd>
<mml:mtd columnalign="left">
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mtext>r.h.s.</mml:mtext>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3bd;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mo>,</mml:mo>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
</mml:mtable>
</mml:math>
<label>(34)</label>
</disp-formula>where the index 1,2 labels the two tangential force balance equations and the index <italic>n</italic> labels the normal force balance equation. The superscript <italic>&#x3bd;</italic> emphasizes that we refer to the equation in local coordinates of node <italic>&#x3bd;</italic>, which is the force balance evaluated at position <bold>
<italic>r</italic>
</bold>
<sub>
<italic>&#x3bd;</italic>
</sub> of node <italic>&#x3bd;</italic>.</p>
</sec>
<sec id="s3-2">
<title>3.2 Constraints</title>
<p>Since only derivatives of the velocity field occur in the force balance equations, an arbitrary constant velocity can be added without violating the force balance equations. Furthermore, these derivatives are directional and under certain circumstances, e.g., axisymmetry, a velocity in azimuthal direction can be added. Therefore, we need to specify certain constraints to the velocity field, which correspond to boundary conditions for the partial differential equations.</p>
<p>First, we use a vanishing total normal velocity <italic>v</italic>
<sup>
<italic>n</italic>
</sup> which corresponds to an incompressible liquid inside the cell, i.e.,<disp-formula id="e35">
<mml:math id="m57">
<mml:munder>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x222b;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>S</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:munder>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">v</mml:mi>
<mml:mo>&#x22c5;</mml:mo>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">n</mml:mi>
<mml:mspace width="0.17em"/>
<mml:mi mathvariant="normal">d</mml:mi>
<mml:mi>S</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:munderover accentunder="false" accent="false">
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2211;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3bd;</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>N</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:munderover>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">v</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3bd;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x22c5;</mml:mo>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">n</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>A</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3bd;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
<mml:mo>,</mml:mo>
</mml:math>
<label>(35)</label>
</disp-formula>where the first equality results from the discretization of the integral into a sum over all nodes <italic>&#x3bd;</italic> with <italic>A</italic>
<sub>
<italic>&#x3bd;</italic>
</sub> being the local area of node <italic>&#x3bd;</italic>. The local area is calculated using Meyer&#x2019;s mixed area [<xref ref-type="bibr" rid="B42">42</xref>, <xref ref-type="bibr" rid="B69">69</xref>]. This constraint of incompressibility accompanies the pressure difference <italic>P</italic> introduced in the normal force balance <xref ref-type="disp-formula" rid="e17">Eq.&#x20;17</xref>.</p>
<p>Second, we use that the total velocity of the cortex vanishes, i.e.,<disp-formula id="e36">
<mml:math id="m58">
<mml:munder>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x222b;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>S</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:munder>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">v</mml:mi>
<mml:mspace width="0.17em"/>
<mml:mi mathvariant="normal">d</mml:mi>
<mml:mi>S</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:munderover accentunder="false" accent="false">
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2211;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3bd;</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>N</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:munderover>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">v</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3bd;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>A</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3bd;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn mathvariant="bold-italic">0</mml:mn>
<mml:mo>.</mml:mo>
</mml:math>
<label>(36)</label>
</disp-formula>
</p>
<p>This constraint resolves the fact that due to the lack of an external force acting on the cortex the solution of the force balance equations is invariant under solid translation. In case of cell movement, one has to consider an additional coupling to the environment leading to additional external forces, for example via a friction coefficient in case of amoeboid motion [<xref ref-type="bibr" rid="B70">70</xref>] and in that case this constraint is lifted.</p>
<p>Third, we use with analogous motivation the fact that the effective total angular momentum of the cortex vanishes, i.e.,<disp-formula id="e37">
<mml:math id="m59">
<mml:munder>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x222b;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>S</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:munder>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">r</mml:mi>
<mml:mo>&#xd7;</mml:mo>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">v</mml:mi>
<mml:mspace width="0.17em"/>
<mml:mi mathvariant="normal">d</mml:mi>
<mml:mi>S</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:munderover accentunder="false" accent="false">
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2211;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3bd;</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>N</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:munderover>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">r</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3bd;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#xd7;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">v</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3bd;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>A</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3bd;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn mathvariant="bold-italic">0</mml:mn>
<mml:mo>,</mml:mo>
</mml:math>
<label>(37)</label>
</disp-formula>in order to tackle the invariance under solid rotation. Again, in presence of additional external torques this constraint has to be lifted.</p>
</sec>
<sec id="s3-3">
<title>3.3 Minimization Ansatz for the Force Balance</title>
<p>The overall goal is to solve the force balance equations for the velocity field. Accompanied by the incompressibility constraint from the cytoplasm, we also solve for the pressure. Since the solution fulfills the force balance on the complete thin shell, the force balance equations must be fulfilled at every node <bold>
<italic>r</italic>
</bold>
<sub>
<italic>&#x3bd;</italic>
</sub>. Using <xref ref-type="disp-formula" rid="e34">Eq. 34</xref>, we define<disp-formula id="e38">
<mml:math id="m60">
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c7;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:munder>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2211;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3bd;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:munder>
<mml:mfenced open="[" close="]">
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mtext>l.h.s.</mml:mtext>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3bd;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mtext>r.h.s.</mml:mtext>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3bd;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mtext>l.h.s.</mml:mtext>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3bd;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mtext>r.h.s.</mml:mtext>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3bd;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mtext>l.h.s.</mml:mtext>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3bd;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mtext>r.h.s.</mml:mtext>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3bd;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mo>,</mml:mo>
</mml:math>
<label>(38)</label>
</disp-formula>taking the two tangential and the normal force balance equation into account, with the sum <inline-formula id="inf19">
<mml:math id="m61">
<mml:munder>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2211;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3bd;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:munder>
</mml:math>
</inline-formula> over all nodes. The <italic>&#x3c7;</italic>
<sup>2</sup> vanishes for the exact solution of the force balance equations by construction.</p>
<p>In order to incorporate the constraints detailed in the previous <xref ref-type="sec" rid="s3-2">section 3.2</xref>, we use the concept of Lagrange multipliers. The incompressibility constraint <xref ref-type="disp-formula" rid="e35">Eq. 35</xref> imposes one condition whereas the constraints in <xref ref-type="disp-formula" rid="e36">Eqs 36</xref>, <xref ref-type="disp-formula" rid="e37">37</xref> each impose three conditions due to the three components of the velocity vector. For each of the conditions we introduce a separate Lagrange multiplier. The constraint times the Lagrange multiplier is added to the <italic>&#x3c7;</italic>
<sup>2</sup> in <xref ref-type="disp-formula" rid="e38">Eq. 38</xref>, e.g.,<disp-formula id="e39">
<mml:math id="m62">
<mml:mtable class="aligned">
<mml:mtr>
<mml:mtd columnalign="right">
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c7;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:munder>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2211;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c1;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:munder>
<mml:munder>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2211;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3bd;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:munder>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mtext>l.h.s.</mml:mtext>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c1;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3bd;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mtext>r.h.s.</mml:mtext>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c1;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3bd;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mtd>
<mml:mtd columnalign="left">
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:munderover accentunder="false" accent="false">
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2211;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3bd;</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>N</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:munderover>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>v</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3bd;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>A</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3bd;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:munderover accentunder="false" accent="false">
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2211;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3bd;</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>N</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:munderover>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>v</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3bd;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>y</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>A</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3bd;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd columnalign="right"/>
<mml:mtd columnalign="left">
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>3</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:munderover accentunder="false" accent="false">
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2211;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3bd;</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>N</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:munderover>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>v</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3bd;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>z</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>A</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3bd;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mo>,</mml:mo>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
</mml:mtable>
</mml:math>
<label>(39)</label>
</disp-formula>for the total velocity constraint <xref ref-type="disp-formula" rid="e36">Eq. 36</xref> as illustration and with <italic>&#x3c1;</italic> &#x3d; 1, 2,&#x20;<italic>n</italic>.</p>
<p>For the exact solution the <italic>&#x3c7;</italic>
<sup>2</sup> would become zero, numerically we seek the minimum of <italic>&#x3c7;</italic>
<sup>2</sup>. Thus, in simulations we have to solve for the velocity set <inline-formula id="inf20">
<mml:math id="m63">
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>v</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3bd;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>v</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3bd;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>y</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>v</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3bd;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>z</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
</mml:math>
</inline-formula> in <xref ref-type="disp-formula" rid="e32">Eq. 32</xref> together with the pressure difference <italic>P</italic>, which minimizes <italic>&#x3c7;</italic>
<sup>2</sup>. We therefore have to calculate<disp-formula id="e40">
<mml:math id="m64">
<mml:munder>
<mml:mrow>
<mml:mi>arg</mml:mi>
<mml:mi>min</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">{</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">v</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3bd;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">}</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>P</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:munder>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c7;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:munder>
<mml:mrow>
<mml:mi>arg</mml:mi>
<mml:mi>min</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">{</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>v</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3bd;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">}</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">{</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>v</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3bd;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>y</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">}</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">{</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>v</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3bd;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>z</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">}</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>P</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:munder>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c7;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mo>.</mml:mo>
</mml:math>
<label>(40)</label>
</disp-formula>
</p>
<p>In order to perform this minimization, we calculate the derivatives of <italic>&#x3c7;</italic>
<sup>2</sup> with respect to the velocity components of each node <inline-formula id="inf21">
<mml:math id="m65">
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>v</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3bd;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
</mml:math>
</inline-formula> and with respect to <italic>P</italic>. Due to minimization the derivatives equal zero and we can separate this equality for terms linear in <inline-formula id="inf22">
<mml:math id="m66">
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>v</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3bd;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
</mml:math>
</inline-formula>, <italic>P</italic> and terms independent of the velocity or pressure, where we use the parabolic expansion of the velocity field in <xref ref-type="disp-formula" rid="e18">Eq. 18</xref>. In total, this leads to a system of linear equations in matrix form with dimensions (3<italic>N</italic>&#x20;&#x2b; 1) &#xd7; (3<italic>N</italic>&#x20;&#x2b; 1). There we have 3<italic>N</italic> rows due to the derivatives w.r.t. to the <italic>N</italic> velocities with 3 components each and we have 3<italic>N</italic> columns due to the <italic>N</italic> velocities with 3 components each in the solution vector. In addition, we have a row and a column due to the derivative with respect to and the dependency on the pressure, respectively. In the minimization procedure in <xref ref-type="disp-formula" rid="e40">Eq. 40</xref>, each Lagrange multiplier enters as an additional unknown, thus adding one row (containing derivatives w.r.t. the Lagrange mulitplier <inline-formula id="inf23">
<mml:math id="m67">
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x2202;</mml:mi>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c7;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x2202;</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
</mml:math>
</inline-formula>) and one column containing the coefficients of <italic>&#x3bb;</italic>
<sub>
<italic>j</italic>
</sub>.</p>
<p>In order to calculate the corresponding matrix to the system of linear equations we have to evaluate the left hand side and right hand side of all three force balance equations on each node in the local coordinate system <xref ref-type="disp-formula" rid="e30">Eq. 30</xref>. This we do using the velocity derivatives in local coordinates as detailed in 3.1. For details on the dependency on the actual velocity values we refer to <xref ref-type="sec" rid="s3-6">section 3.6</xref>. The system of equations can finally be solved numerically using LU-Decomposition.</p>
</sec>
<sec id="s3-4">
<title>3.4 Improving Numerical Stability by an Artificial Bending Viscosity</title>
<p>The velocity field in the cell cortex advects the cortex material and thus determines its reorganization and changes in shape over time. While tangential flows are parallel to the current shape, the normal velocity leads to a deformation of the cortex shape. For reasons of numerical stability, we consider here an additional damping contribution to the surface stress tensor which is similar to a bending viscosity [<xref ref-type="bibr" rid="B40">40</xref>]. The aim of this additional bending contribution, which is chosen to be small, is to include a condition on the second derivative of the normal velocity, which does not&#x20;appear in the force balance equations. Due to its smallness and the limitations of the parabolic expansion we neglect the&#x20;contribution of the bending contribution to the tangential force balance equations. The normal component of the&#x20;velocity is obtained from the three-dimensional velocity by projection onto the normal vector <xref ref-type="disp-formula" rid="e6">Eq. 6</xref>. Derivatives are again obtained using a parabolic expansion similar to <xref ref-type="disp-formula" rid="e18">Eq. 18</xref>. We consider the time derivative of the curvature tensor in the Eulerian frame according to Salbreux and J&#xfc;licher [<xref ref-type="bibr" rid="B40">40</xref>].<disp-formula id="e41">
<mml:math id="m68">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x2202;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>C</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mspace width="0.3333em" class="nbsp"/>
<mml:mi>&#x3b2;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2207;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2207;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b2;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>v</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>v</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>C</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
<mml:mi>&#x3b3;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>C</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b2;</mml:mi>
<mml:mi>&#x3b3;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mo>,</mml:mo>
</mml:math>
<label>(41)</label>
</disp-formula>and the derivative of the trace<disp-formula id="e42">
<mml:math id="m69">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x2202;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>C</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b3;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mspace width="0.3333em" class="nbsp"/>
<mml:mi>&#x3b3;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2207;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b3;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2207;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b3;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>v</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>v</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>C</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b3;</mml:mi>
<mml:mi>&#x3b4;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mspace width="0.3333em" class="nbsp"/>
<mml:mspace width="0.3333em" class="nbsp"/>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>C</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b3;</mml:mi>
<mml:mi>&#x3b4;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2207;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b3;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2207;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b3;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>v</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>v</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>C</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b3;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mspace width="0.3333em" class="nbsp"/>
<mml:mi>&#x3b4;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>C</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mspace width="0.3333em" class="nbsp"/>
<mml:mi>&#x3b4;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b3;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mo>.</mml:mo>
</mml:math>
<label>(42)</label>
</disp-formula>
</p>
<p>Using the expressions above, an additional in-plane surface&#x20;stress related to a bending <inline-formula id="inf24">
<mml:math id="m70">
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b7;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x304;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> and bending bulk <inline-formula id="inf25">
<mml:math id="m71">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b7;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x304;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>b</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:math>
</inline-formula> viscosity, which account for dissipation due to curvature changes [<xref ref-type="bibr" rid="B40">40</xref>], is chosen as<disp-formula id="equ5">
<mml:math id="m72">
<mml:mtable class="align-star" columnalign="left">
<mml:mtr>
<mml:mtd columnalign="right">
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mtext>b</mml:mtext>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mspace width="0.3333em" class="nbsp"/>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
<mml:mi>&#x3b2;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
</mml:mtd>
<mml:mtd columnalign="left">
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b7;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x304;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>g</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
<mml:mi>&#x3b3;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mfenced open="[" close="]">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x2202;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>C</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b3;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mspace width="0.3333em" class="nbsp"/>
<mml:mi>&#x3b2;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>C</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b4;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b4;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b4;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b3;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b2;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>C</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b4;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b4;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>v</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>C</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b3;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mspace width="0.3333em" class="nbsp"/>
<mml:mi>&#x3b2;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b7;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x304;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>b</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x2202;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>C</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b3;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b3;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>g</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
<mml:mi>&#x3b2;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd columnalign="right"/>
<mml:mtd columnalign="left">
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b7;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x304;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2207;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2207;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b2;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>v</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>v</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>C</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mspace width="0.3333em" class="nbsp"/>
<mml:mi>&#x3b3;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
<mml:mspace width="0.3333em" class="nbsp"/>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>C</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b2;</mml:mi>
<mml:mi>&#x3b3;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>C</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b3;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b3;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>v</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>C</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
<mml:mi>&#x3b2;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b7;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x304;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>b</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b7;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x304;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2207;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b3;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2207;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b3;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>v</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>v</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>C</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b3;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mspace width="0.3333em" class="nbsp"/>
<mml:mi>&#x3b4;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>C</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mspace width="0.3333em" class="nbsp"/>
<mml:mi>&#x3b4;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b3;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>g</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
<mml:mi>&#x3b2;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mo>.</mml:mo>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
</mml:mtable>
</mml:math>
</disp-formula>
</p>
<p>In Ref. [<xref ref-type="bibr" rid="B40">40</xref>] a contribution due to effective bending viscosities is introduced for a thin shell with broken up-down-symmetry and the bending viscosity can be negative. Again, we note that its addition here, in our three-dimensional framework, with an additional factor involving the normal velocity is motivated by reasons of numerical stability. The normal force balance contribution is calculated by contraction with the curvature tensor<disp-formula id="equ6">
<mml:math id="m73">
<mml:mtable class="align-star" columnalign="left">
<mml:mtr>
<mml:mtd columnalign="right">
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mtext>b</mml:mtext>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mspace width="0.3333em" class="nbsp"/>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
<mml:mi>&#x3b2;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>C</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
<mml:mi>&#x3b2;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mtd>
<mml:mtd columnalign="left">
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b7;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x304;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2207;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2207;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b2;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>v</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>v</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>C</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
<mml:mi>&#x3b3;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mspace width="0.3333em" class="nbsp"/>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>C</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b2;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mspace width="0.3333em" class="nbsp"/>
<mml:mi>&#x3b3;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>C</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b3;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b3;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>v</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>C</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
<mml:mi>&#x3b2;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>C</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
<mml:mi>&#x3b2;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd columnalign="right"/>
<mml:mtd columnalign="left">
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b7;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x304;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>b</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b7;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x304;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2207;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b3;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2207;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b3;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>v</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>v</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>C</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b3;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mspace width="0.3333em" class="nbsp"/>
<mml:mi>&#x3b4;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>C</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mspace width="0.3333em" class="nbsp"/>
<mml:mi>&#x3b4;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b3;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>g</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
<mml:mi>&#x3b2;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>C</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
<mml:mi>&#x3b2;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd columnalign="right"/>
<mml:mtd columnalign="left">
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b7;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x304;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2207;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2207;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b2;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>v</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>v</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>C</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
<mml:mi>&#x3b3;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mspace width="0.3333em" class="nbsp"/>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>C</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b2;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mspace width="0.3333em" class="nbsp"/>
<mml:mi>&#x3b3;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mi>C</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>v</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>C</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
<mml:mi>&#x3b2;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>C</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
<mml:mi>&#x3b2;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd columnalign="right"/>
<mml:mtd columnalign="left">
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b7;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x304;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>b</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b7;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x304;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2207;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b3;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2207;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b3;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>v</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>v</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>C</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b3;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mspace width="0.3333em" class="nbsp"/>
<mml:mi>&#x3b4;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>C</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mspace width="0.3333em" class="nbsp"/>
<mml:mi>&#x3b4;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b3;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mi>C</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
</mml:mtable>
</mml:math>
</disp-formula>with <italic>C</italic>&#x20;&#x3d; <italic>g</italic>
<sup>
<italic>&#x3b1;&#x3b2;</italic>
</sup>
<italic>C</italic>
<sub>
<italic>&#x3b1;&#x3b2;</italic>
</sub>. With the derivatives of the normal velocity <inline-formula id="inf26">
<mml:math id="m74">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>A</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>v</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>B</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>v</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mo>&#x2026;</mml:mo>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>E</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>v</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:math>
</inline-formula> in analogy to <xref ref-type="disp-formula" rid="e18">Eq. 18</xref>, the trace of the second derivative can be written as<disp-formula id="e43">
<mml:math id="m75">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2207;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b3;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2207;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b3;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>v</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>g</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
<mml:mi>&#x3b2;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2207;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2207;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b2;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>v</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>g</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>11</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>C</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>v</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>g</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>22</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>D</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>v</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>.</mml:mo>
</mml:math>
<label>(43)</label>
</disp-formula>
</p>
<p>We further use<disp-formula id="e44">
<mml:math id="m76">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>C</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
<mml:mi>&#x3b2;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>C</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
<mml:mi>&#x3b2;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>C</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>11</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>C</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>11</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>C</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>12</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>C</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>12</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>C</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>22</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>C</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>22</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mi>C</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x303;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mo>,</mml:mo>
</mml:math>
<label>(44)</label>
</disp-formula>and<disp-formula id="equ7">
<mml:math id="m77">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>C</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
<mml:mi>&#x3b3;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>C</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b2;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mspace width="0.3333em" class="nbsp"/>
<mml:mi>&#x3b3;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>C</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
<mml:mi>&#x3b2;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mi>C</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x304;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mo>,</mml:mo>
</mml:math>
</disp-formula>to obtain in total<disp-formula id="e45">
<mml:math id="m78">
<mml:mtable class="align" columnalign="left">
<mml:mtr>
<mml:mtd columnalign="right">
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mtext>b</mml:mtext>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mspace width="0.3333em" class="nbsp"/>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
<mml:mi>&#x3b2;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>C</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
<mml:mi>&#x3b2;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mtd>
<mml:mtd columnalign="left">
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b7;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x304;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>C</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>11</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b7;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x304;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>b</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b7;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x304;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mi>C</mml:mi>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>g</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>11</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>C</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>v</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b7;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x304;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>C</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>22</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b7;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x304;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>b</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b7;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x304;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mi>C</mml:mi>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>g</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>22</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>D</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>v</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>4</mml:mn>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b7;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x304;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>C</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>12</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>E</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>v</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd columnalign="right"/>
<mml:mtd columnalign="left">
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b7;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x304;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mi>C</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x304;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b7;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x304;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mi>C</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mi>C</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x303;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b7;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x304;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>b</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b7;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x304;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mi>C</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mi>C</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x303;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>v</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mo>.</mml:mo>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
</mml:mtable>
</mml:math>
<label>(45)</label>
</disp-formula>
</p>
<p>This contribution can be added to the normal force balance equation and can be incorporated into the solution procedure detailed above in a straightforward manner.</p>
</sec>
<sec id="s3-5">
<title>3.5 Velocity Derivatives as a Function of Neighboring Velocity Vectors</title>
<p>Up to now, we have written the force balance <xref ref-type="disp-formula" rid="e26">Eqs 26</xref>&#x2013;<xref ref-type="disp-formula" rid="e28">28</xref> in terms of derivatives of the velocity vector in local coordinates <bold>
<italic>A</italic>
</bold>
<sub>
<italic>v</italic>
</sub>, <bold>
<italic>B</italic>
</bold>
<sub>
<italic>v</italic>
</sub>, <italic>&#x2026;</italic>, <bold>
<italic>E</italic>
</bold>
<sub>
<italic>v</italic>
</sub>, which themselves are three-dimensional Cartesian vectors. What remains is to express these derivatives by means of the actual velocity vectors at all nodes, which allows us to write down the force balance as system of equations that is directly solvable for the velocity. To do so, i.e.,&#x20;to discretize the derivatives on the numerical grid, we use a parabolic expansion. For this, we consider the neighborhood of a node as sketched in <xref ref-type="fig" rid="F1">Figure&#x20;1</xref>. Considering all <italic>N</italic>
<sub>
<italic>&#x3bd;</italic>
</sub> neighboring nodes <italic>a</italic>(<italic>&#x3bd;</italic>) of node <italic>&#x3bd;</italic>, the coefficients <bold>
<italic>A</italic>
</bold>
<sub>
<italic>v</italic>
</sub>, <bold>
<italic>B</italic>
</bold>
<sub>
<italic>v</italic>
</sub>, <italic>&#x2026;</italic>, <bold>
<italic>E</italic>
</bold>
<sub>
<italic>v</italic>
</sub> can be expressed by the velocity vector evaluated at the central node and at the sites of the neighboring nodes<disp-formula id="e46">
<mml:math id="m79">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">A</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>v</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">A</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>v</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">v</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3bd;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">{</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">v</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>a</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3bd;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">}</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mspace width="0.3333em" class="nbsp"/>
<mml:mspace width="0.3333em" class="nbsp"/>
<mml:mspace width="0.3333em" class="nbsp"/>
<mml:mspace width="0.3333em" class="nbsp"/>
<mml:mtext>with</mml:mtext>
<mml:mspace width="0.3333em" class="nbsp"/>
<mml:mspace width="0.3333em" class="nbsp"/>
<mml:mi>a</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3bd;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mo>&#x2026;</mml:mo>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>N</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3bd;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>.</mml:mo>
</mml:math>
<label>(46)</label>
</disp-formula>
</p>
<p>In order to do so we write down the velocity at some distance around the (central) node <italic>&#x3bd;</italic> in the local coordinates of the central node <italic>&#x3be;</italic>, <italic>&#x3b7;</italic>
<disp-formula id="e47">
<mml:math id="m80">
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">v</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x304;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3be;</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>&#x3b7;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">v</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3bd;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">A</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>v</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mi>&#x3be;</mml:mi>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">B</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>v</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mi>&#x3b7;</mml:mi>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">C</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>v</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3be;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">D</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>v</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b7;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">E</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>v</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mi>&#x3be;</mml:mi>
<mml:mi>&#x3b7;</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
</mml:math>
<label>(47)</label>
</disp-formula>which is the parabolic expansion <xref ref-type="disp-formula" rid="e18">Eq. 18</xref> evaluated in the local coordinate system <xref ref-type="disp-formula" rid="e30">Eq. 30</xref>. The position vector can be evaluated at the position of the <italic>N</italic>
<sub>
<italic>&#x3bd;</italic>
</sub> neighboring nodes in the local coordinates of the central node, i.e.,&#x20;<italic>&#x3be;</italic>
<sub>
<italic>a</italic>(<italic>&#x3bd;</italic>)</sub>, <italic>&#x3b7;</italic>
<sub>
<italic>a</italic>(<italic>&#x3bd;</italic>)</sub>, which are obtained by projection of the difference vector between the two nodes onto the local coordinate vectors. The expanded velocity at the position of the neighbors then has to be equal to the actual velocity <bold>
<italic>v</italic>
</bold>
<sub>
<italic>a</italic>
</sub> of the neighbor node <italic>a</italic>(<italic>&#x3bd;</italic>). Therefore, the squared difference of expanded and actual velocity has to be minimal<disp-formula id="e48">
<mml:math id="m81">
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c7;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>v</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:munderover accentunder="false" accent="false">
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2211;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>a</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>N</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3bd;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:munderover>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="[" close="]">
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">v</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x304;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3be;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>a</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3bd;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b7;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>a</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3bd;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">v</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>a</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mo>.</mml:mo>
</mml:math>
<label>(48)</label>
</disp-formula>
</p>
<p>The minimization is performed analytically in several steps, which are outlined here and detailed in the <xref ref-type="sec" rid="s11">Supplementary Appendix S1</xref>. Using the differential form of <xref ref-type="disp-formula" rid="e48">Eq. 48</xref> we calculate the derivatives with respect to <bold>
<italic>A</italic>
</bold>
<sub>
<italic>v</italic>
</sub>, <bold>
<italic>B</italic>
</bold>
<sub>
<italic>v</italic>
</sub>, <italic>&#x2026;</italic>, <bold>
<italic>E</italic>
</bold>
<sub>
<italic>v</italic>
</sub> that have to equal zero due to minimization. This results in a system of linear equations expressed in terms of a 5 &#xd7; 5 matrix for each of the three vector components with the velocity derivatives forming the solution vector. We invert the matrix analytically using Mathematica. By means of the inverse matrix we are able to write down the velocity derivatives <bold>
<italic>A</italic>
</bold>
<sub>
<italic>v</italic>
</sub>, <bold>
<italic>B</italic>
</bold>
<sub>
<italic>v</italic>
</sub>, <italic>&#x2026;</italic>, <bold>
<italic>E</italic>
</bold>
<sub>
<italic>v</italic>
</sub> in terms of the velocity values, as illustrated by <xref ref-type="disp-formula" rid="e46">Eq.&#x20;46</xref>.</p>
</sec>
<sec id="s3-6">
<title>3.6 Summary of the Algorithm</title>
<p>Putting everything of the above together, we here summarize our numerical algorithm. Starting from a prescribed active surface stress distribution <inline-formula id="inf27">
<mml:math id="m82">
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b6;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mspace width="0.3333em" class="nbsp"/>
<mml:mi>&#x3b2;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
</mml:math>
</inline-formula> on the initial shape of the cortex, we compute the velocity in the cortex in Cartesian coordinates <bold>
<italic>v</italic>
</bold> by the following steps.<list list-type="simple">
<list-item>
<p>1) evaluate the active surface stress <inline-formula id="inf28">
<mml:math id="m83">
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b6;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mspace width="0.3333em" class="nbsp"/>
<mml:mi>&#x3b2;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
</mml:math>
</inline-formula> on the nodes of the discretized cortex and construct a local coordinate system for each&#x20;node.</p>
</list-item>
<list-item>
<p>2) compute derivatives of the active surface stress <inline-formula id="inf29">
<mml:math id="m84">
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b6;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mspace width="0.3333em" class="nbsp"/>
<mml:mi>&#x3b2;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
</mml:math>
</inline-formula> together with the metric and curvature tensor at each node using a parabolic fitting for the active surface stress or the position vector, respectively, analogous to <xref ref-type="disp-formula" rid="e18">Eq.&#x20;18</xref>.</p>
</list-item>
<list-item>
<p>3) use the inverse parabolic fitting detailed in <xref ref-type="sec" rid="s11">Supplementary Appendix S1</xref> to obtain the derivatives of the velocity vector up to second order <bold>
<italic>A</italic>
</bold>
<sub>
<italic>v</italic>
</sub>, <bold>
<italic>B</italic>
</bold>
<sub>
<italic>v</italic>
</sub>, <italic>&#x2026;</italic>, <bold>
<italic>E</italic>
</bold>
<sub>
<italic>v</italic>
</sub> in local coordinates at each node. These are functions of the (up to now) unknown velocity values at the node and its neighbors, e.g., <inline-formula id="inf30">
<mml:math id="m85">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">A</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>v</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">A</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>v</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">v</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3bd;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">{</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">v</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>a</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3bd;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">}</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:math>
</inline-formula>.</p>
</list-item>
<list-item>
<p>4) use these derivatives to express the force balance equations <xref ref-type="disp-formula" rid="e26">Eqs 26</xref>&#x2013;<xref ref-type="disp-formula" rid="e28">28</xref> in terms of the velocity components of all nodes [including bending contribution <xref ref-type="disp-formula" rid="e45">Eq. 45</xref> if applicable].</p>
</list-item>
<list-item>
<p>5) construct the <italic>&#x3c7;</italic>
<sup>2</sup> function <xref ref-type="disp-formula" rid="e40">Eq. 40</xref> and build the corresponding matrix by taking derivatives w.r.t. the unknowns.</p>
</list-item>
<list-item>
<p>6) solve the corresponding linear system for the velocity field {<bold>
<italic>v</italic>
</bold>
<sub>
<italic>&#x3bd;</italic>
</sub>}, the pressure <italic>P</italic> and the Lagrange multipliers.</p>
</list-item>
</list>
</p>
</sec>
</sec>
<sec id="s4">
<title>4 Validation and Application</title>
<p>In the following, we intensively validate the developed algorithm for a viscous active cell cortex in three dimensions. First, we consider in <xref ref-type="sec" rid="s4-1">section 4.1</xref> a static spherical cortex subjected to an&#x20;active surface stress distribution in terms of spherical harmonics. We compare the resulting velocity field on the cortex to analytical solutions derived in <xref ref-type="sec" rid="s11">Supplementary Appendix S2</xref>. Next, we compare our three-dimensional simulations for a dynamically deforming cortex to axisymmetric simulations in <xref ref-type="sec" rid="s4-2">section 4.2</xref>. Finally, we exploit the capabilities of our fully 3D algorithm to study fold formation in <xref ref-type="sec" rid="s4-3">section 4.3</xref> as well as furrow formation under non-axisymmetric external perturbations in <xref ref-type="sec" rid="s4-4">section&#x20;4.4</xref>.</p>
<sec id="s4-1">
<title>4.1 Velocity Profile by Spherical Harmonics on a Static Spherical Cortex</title>
<p>As a first test setup, we compare three-dimensional numerical results on a static spherical cortex to corresponding analytical solutions. We consider an isotropic active surface stress distribution across the cortex<disp-formula id="e49">
<mml:math id="m86">
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b6;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
<mml:mi>&#x3b2;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b8;</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>&#x3d5;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3b6;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b8;</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>&#x3d5;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>g</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
<mml:mi>&#x3b2;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:math>
<label>(49)</label>
</disp-formula>which is analytically expanded in terms of spherical harmonics <italic>Y</italic>
<sub>
<italic>lm</italic>
</sub> (<italic>&#x3b8;</italic>, <italic>&#x3d5;</italic>)<disp-formula id="e50">
<mml:math id="m87">
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b6;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
<mml:mi>&#x3b2;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b8;</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>&#x3d5;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3b6;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b8;</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>&#x3d5;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>g</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
<mml:mi>&#x3b2;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:munderover accentunder="false" accent="false">
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2211;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>l</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x221e;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:munderover>
<mml:munderover accentunder="false" accent="false">
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2211;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>m</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mi>l</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>l</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:munderover>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b6;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>l</mml:mi>
<mml:mi>m</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>Y</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>l</mml:mi>
<mml:mi>m</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b8;</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>&#x3d5;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>g</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
<mml:mi>&#x3b2;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mo>,</mml:mo>
</mml:math>
<label>(50)</label>
</disp-formula>where <italic>&#x3b6;</italic>
<sub>
<italic>lm</italic>
</sub> are the expansion coefficients of the active surface stress distribution. Here, greek indices denote the two angles of spherical coordinates <italic>&#x03B8;</italic> and <italic>&#x03C6;</italic>. For the given active surface stress profile in <xref ref-type="disp-formula" rid="e50">Eq. 50</xref>, we derive an analytical solution for the velocity field <bold>
<italic>v</italic>
</bold> in <xref ref-type="sec" rid="s11">Supplementary Appendix S2</xref>. We expand the tangential velocity in terms of vector spherical harmonics <inline-formula id="inf31">
<mml:math id="m88">
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">v</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:munder>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2211;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>l</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>m</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:munder>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>v</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>l</mml:mi>
<mml:mi>m</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x2202;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>Y</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>l</mml:mi>
<mml:mi>m</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">e</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:math>
</inline-formula> with coefficients <inline-formula id="inf32">
<mml:math id="m89">
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>v</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>l</mml:mi>
<mml:mi>m</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
</mml:math>
</inline-formula> (we note here that the component in direction <inline-formula id="inf33">
<mml:math id="m90">
<mml:mi mathvariant="bold-italic">n</mml:mi>
<mml:mo>&#xd7;</mml:mo>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x2202;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>Y</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>l</mml:mi>
<mml:mi>m</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">e</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:math>
</inline-formula> vanishes as discussed in the <xref ref-type="sec" rid="s11">Supplementary Appendix S2</xref>) and the normal velocity in terms of spherical harmonics <inline-formula id="inf34">
<mml:math id="m91">
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>v</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:munder>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2211;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>l</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>m</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:munder>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>v</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>l</mml:mi>
<mml:mi>m</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>Y</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>l</mml:mi>
<mml:mi>m</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:math>
</inline-formula> with coefficients <inline-formula id="inf35">
<mml:math id="m92">
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>v</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>l</mml:mi>
<mml:mi>m</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
</mml:math>
</inline-formula>. The force balance equations <xref ref-type="disp-formula" rid="e16">Eq. 16</xref>, <xref ref-type="disp-formula" rid="e17">Eq. 17</xref> then lead to analytical relations for the velocity expansion coefficients <inline-formula id="inf36">
<mml:math id="m93">
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>v</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>l</mml:mi>
<mml:mi>m</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
</mml:math>
</inline-formula> and <inline-formula id="inf37">
<mml:math id="m94">
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>v</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>l</mml:mi>
<mml:mi>m</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
</mml:math>
</inline-formula> depending on <italic>&#x3b6;</italic>
<sub>
<italic>lm</italic>
</sub>. These relations are given in <xref ref-type="sec" rid="s11">Supplementary Equations S2.23, S2.25</xref> and determine the velocity field. In the following, we consider the quantities in units of the inital cortex radius <italic>R</italic>
<sub>0</sub> and the planar shear viscosity thus fixing <italic>R</italic>&#x20;&#x3d;<italic>R</italic>
<sub>0</sub>&#x3d;1 and <italic>&#x3b7;</italic>
<sub>
<italic>s</italic>
</sub> &#x3d; 1. In the following, we consider the results for <italic>l</italic> &#x003e;1. On the one hand, considering the full system of equations (case i)), the difference of the conditions <xref ref-type="sec" rid="s11">Supplementary Equations (S2.23)</xref> and <xref ref-type="sec" rid="s11">(S2.25)</xref> implies a vanishing in-plane velocity, i.e.,&#x20;the expansion coefficients of the in-plane velocity vanish<disp-formula id="e51">
<mml:math id="m95">
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>v</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>l</mml:mi>
<mml:mi>m</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi mathvariant="normal">i</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
<mml:mo>.</mml:mo>
</mml:math>
<label>(51)</label>
</disp-formula>
</p>
<p>In turn, the normal velocity has to fulfill <xref ref-type="sec" rid="s11">Supplementary Equation S2.27</xref> which leads to<disp-formula id="e52">
<mml:math id="m96">
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>v</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>l</mml:mi>
<mml:mi>m</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi mathvariant="normal">i</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mi>R</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b7;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>b</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b6;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>l</mml:mi>
<mml:mi>m</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>.</mml:mo>
</mml:math>
<label>(52)</label>
</disp-formula>
</p>
<p>In summary, the solution for the velocity field for given active surface stress <italic>&#x3b6;</italic>
<sub>
<italic>lm</italic>
</sub> is<disp-formula id="e53">
<mml:math id="m97">
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">v</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">i</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mi>R</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b7;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>b</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b6;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>l</mml:mi>
<mml:mi>m</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>Y</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>l</mml:mi>
<mml:mi>m</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">n</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
</mml:math>
<label>(53)</label>
</disp-formula>with vanishing tangential component.</p>
<p>On the other hand, this system can be utilized to test the in-plane velocity separately (case ii). To do so, we consider vanishing bulk viscosity <italic>&#x3b7;</italic>
<sub>
<italic>b</italic>
</sub> &#x3d; 0 and fix the normal velocity <italic>v</italic>
<sup>
<italic>n</italic>
</sup> to zero. The latter implies<disp-formula id="e54">
<mml:math id="m98">
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>v</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>l</mml:mi>
<mml:mi>m</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi mathvariant="normal">i</mml:mi>
<mml:mi mathvariant="normal">i</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
<mml:mo>,</mml:mo>
</mml:math>
<label>(54)</label>
</disp-formula>instead of solving the normal force balance. In this case, the&#x20;tangential force balance equations lead to the condition&#x20;(<xref ref-type="sec" rid="s11">Supplementary Equation S2.28</xref>) for the tangential velocity coefficients which become<disp-formula id="e55">
<mml:math id="m99">
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>v</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>l</mml:mi>
<mml:mi>m</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi mathvariant="normal">i</mml:mi>
<mml:mi mathvariant="normal">i</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="[" close="]">
<mml:mrow>
<mml:mi>l</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>l</mml:mi>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b6;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>l</mml:mi>
<mml:mi>m</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>.</mml:mo>
</mml:math>
<label>(55)</label>
</disp-formula>
</p>
<p>Thus, for solving the tangential force balance equation only in case of a vanishing normal velocity, we obtain an analytical solution for the velocity<disp-formula id="e56">
<mml:math id="m100">
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">v</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">i</mml:mi>
<mml:mi mathvariant="normal">i</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>v</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>l</mml:mi>
<mml:mi>m</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi mathvariant="normal">i</mml:mi>
<mml:mi mathvariant="normal">i</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x2202;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>Y</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>l</mml:mi>
<mml:mi>m</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">e</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="[" close="]">
<mml:mrow>
<mml:mi>l</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>l</mml:mi>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b6;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>l</mml:mi>
<mml:mi>m</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x2202;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>Y</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>l</mml:mi>
<mml:mi>m</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">e</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mo>,</mml:mo>
</mml:math>
<label>(56)</label>
</disp-formula>which is due to a given active surface stress with coefficient <italic>&#x3b6;</italic>
<sub>
<italic>lm</italic>
</sub>.</p>
<p>In both cases, the analytical solution in <xref ref-type="disp-formula" rid="e53">Eq. 53</xref> for 1) the full system and in <xref ref-type="disp-formula" rid="e56">Eq. 56</xref> for 2) the pure tangential system allows a direct comparison between the analytical and numerical solution. Using the three-dimensional algorithm developed above, we consider a discrete cortex with 2562 nodes and 5120 triangles without bending viscosity. After applying an active surface stress distribution in terms of spherical harmonics according to <xref ref-type="disp-formula" rid="e50">Eq. 50</xref>, we solve numerically for the three-dimensional velocity field. In case 2) the normal force balance equation entering the minimization ansatz can be replaced by the condition of vanishing normal velocity on each node. In the following, the comparison to the analytical solution is performed by considering two types of error measures. On the one hand, we consider the absolute value of the difference between numerical <bold>
<italic>v</italic>
</bold> and analytical solution <bold>
<italic>v</italic>
</bold>
<sup>an</sup> per node and average over all nodes<disp-formula id="e57">
<mml:math id="m101">
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">&#x27e8;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3f5;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">&#x27e9;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>N</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:munder>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2211;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3bd;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:munder>
<mml:mo stretchy="false">&#x7c;</mml:mo>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">v</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">v</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mtext>an</mml:mtext>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mo stretchy="false">&#x7c;</mml:mo>
<mml:mo>.</mml:mo>
</mml:math>
<label>(57)</label>
</disp-formula>
</p>
<p>On the other hand, we calculate the sum of the squared difference of the velocities relative to the maximum velocity, average, and take the square root to obtain the relative error<disp-formula id="e58">
<mml:math id="m102">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3f5;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mtext>rel</mml:mtext>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msqrt>
<mml:mrow>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>N</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:munder>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2211;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3bd;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:munder>
<mml:mfenced open="[" close="]">
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>v</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>v</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mtext>an</mml:mtext>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>v</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>y</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>v</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>y</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mtext>an</mml:mtext>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>v</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>z</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>v</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>z</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mtext>an</mml:mtext>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">&#x7c;</mml:mo>
<mml:mo stretchy="false">&#x7c;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">v</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mtext>an,&#x2009;max</mml:mtext>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mo stretchy="false">&#x7c;</mml:mo>
<mml:mo stretchy="false">&#x7c;</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
</mml:mrow>
</mml:msqrt>
<mml:mo>.</mml:mo>
</mml:math>
<label>(58)</label>
</disp-formula>
</p>
<p>We first consider an axisymmetric active surface stress distribution in terms of <italic>&#x3b6;</italic>
<sub>20</sub>
<italic>Y</italic>
<sub>20</sub> with <italic>&#x3b6;</italic>
<sub>20</sub> &#x3d; 1 as shown in <xref ref-type="fig" rid="F2">Figure&#x20;2A</xref>) on the discrete cortex. We further use <italic>&#x3b7;</italic>
<sub>
<italic>b</italic>
</sub> &#x3d; 1 and an active surface stress offset of <italic>&#x3b6;</italic>
<sub>00</sub> &#x3d; 0. A variation of the active surface stress offset leads to a finite pressure difference, but the velocity field is not altered. <xref ref-type="fig" rid="F2">Figures 2B&#x2013;E</xref> shows the full, three-dimensional velocity profile obtained numerically with the velocity magnitude per node color coded and the velocity direction indicated by arrows and the velocity depending on the polar angle <italic>&#x3b8;</italic> in comparison to the analytical solution for both systems. In system 1), the normal velocity is finite and points outward the cell around the equator and inward at both poles. In system 2), the tangential velocity is finite and directed from the equator towards the poles. Each three-dimensional simulation shows very good agreement with the analytical solution, as shown by the comparison over the polar angle. As a next step, we quantify the error &#x27e8;<italic>&#x3f5;</italic>&#x27e9; as well as <italic>&#x3f5;</italic>
<sub>rel</sub> given in <xref ref-type="disp-formula" rid="e57">Eqs 57</xref>, <xref ref-type="disp-formula" rid="e58">58</xref>, respectively, and vary the resolution of the discrete spherical cortex. As shown in <xref ref-type="fig" rid="F2">Figures 2F,G</xref>, we obtain a systematic decrease of both errors with increasing resolution for both systems. The error shows a scaling inversely proportional to the number of&#x20;nodes.</p>
<fig id="F2" position="float">
<label>FIGURE 2</label>
<caption>
<p>Axisymmetric active surface stress on a static spherical cortex. <bold>(A)</bold> An axisymmetric active surface stress distribution in terms of <inline-formula id="inf39">
<mml:math id="m104">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>Y</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>20</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:math>
</inline-formula> is considered on a spherical cortex. In <bold>(B,C)</bold> the full system (case i) is solved whereas <bold>(D,E)</bold> show the purely tangential system (case ii). <bold>(B)</bold> The three-dimensional velocity field is shown as obtained by the numerical solution of the full system. <bold>(C)</bold> While the tangential velocity is zero, the normal velocity depending on the polar angle <inline-formula id="inf40">
<mml:math id="m105">
<mml:mi>&#x3b8;</mml:mi>
</mml:math>
</inline-formula> agrees very well with the analytical prediction. <bold>(D)</bold> The three-dimensional velocity field is shown as obtained by the numerical solution for solving the tangential force balance only. <bold>(E)</bold> While the normal velocity is zero, the absolute value of the tangential velocity depending on the polar angle <inline-formula id="inf41">
<mml:math id="m106">
<mml:mi>&#x3b8;</mml:mi>
</mml:math>
</inline-formula> agrees very well with the analytical prediction. For both the full system i) in <bold>(F)</bold> and the purely tangential system ii) in <bold>(G)</bold>, the error of the velocity converges with increasing resolution.</p>
</caption>
<graphic xlink:href="fphy-09-753230-g002.tif"/>
</fig>
<p>We then proceed in <xref ref-type="fig" rid="F3">Figure&#x20;3</xref> with a non-axisymmetric distribution of active surface stress in terms of <italic>&#x3b6;</italic>
<sub>21</sub>
<italic>Y</italic>
<sub>21</sub> with <italic>&#x3b6;</italic>
<sub>21</sub>&#x20;&#x3d;&#x20;1&#x20;and <inline-formula id="inf42">
<mml:math id="m107">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b6;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>00</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msqrt>
<mml:mrow>
<mml:mn>4</mml:mn>
<mml:mi>&#x3c0;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msqrt>
</mml:math>
</inline-formula> shown in <xref ref-type="fig" rid="F3">Figure&#x20;3A</xref>. Again, we show the full system i) in <xref ref-type="fig" rid="F3">Figures 3B,C</xref> and the purely tangential system ii) in <xref ref-type="fig" rid="F3">Figures 3D,E</xref>. As a consequence of the non-axisymmetric active surface stress distribution, the cortical velocity profile is no longer axisymmetric. <xref ref-type="fig" rid="F3">Figure&#x20;3B</xref> shows the three-dimensional velocity field for the full system i) and <xref ref-type="fig" rid="F3">Figure&#x20;3D</xref> shows the three-dimensional velocity field for the purely tangential system ii) with normal velocity restricted to zero. <xref ref-type="fig" rid="F3">Figure&#x20;3B</xref> shows four patches of large normal velocity. Opposite patches show either an outward or an inward pointing normal velocity. In-between, the normal velocity becomes zero. At the sites where in <xref ref-type="fig" rid="F3">Figure&#x20;3B</xref> the normal velocity is maximal, the tangential velocity in <xref ref-type="fig" rid="F3">Figure&#x20;3C</xref> vanishes. Similar to <xref ref-type="fig" rid="F2">Figure&#x20;2</xref> the tangential velocity points from sites with outward pointing normal velocity towards sites with inward pointing normal velocity in <xref ref-type="fig" rid="F3">Figure&#x20;3B</xref>. In <xref ref-type="fig" rid="F3">Figures 3C,E</xref> we compare the numerically obtained velocity to the analytical solution by showing the velocity value depending on the polar angle <italic>&#x3b8;</italic> for an azimuthal angle <italic>&#x3d5;</italic> &#x3d; 0. Again, we observe very good agreement between numerical and analytical solution and a systematic convergence with increasing number of nodes as shown in <xref ref-type="fig" rid="F3">Figures 3F,G</xref> for both systems i) and ii), respectively.</p>
<fig id="F3" position="float">
<label>FIGURE 3</label>
<caption>
<p>Non-axisymmetric active stress. <bold>(A)</bold> A non-axisymmetric active surface stress distribution in terms of <italic>Y</italic>
<sub>21</sub> is considered. In <bold>(B,C)</bold> the full system (case i) is solved whereas <bold>(D,E)</bold> show the purely tangential system (case ii). <bold>(B)</bold> The numerically obtained three-dimensional velocity feld is shown for i) the full system. <bold>(C)</bold> While the tangential velocity is zero, the normal velocity depending on the polar angle <inline-formula id="inf43">
<mml:math id="m108">
<mml:mi>&#x3b8;</mml:mi>
</mml:math>
</inline-formula> shown for <inline-formula id="inf44">
<mml:math id="m109">
<mml:mi>&#x3d5;</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:math>
</inline-formula> agrees very well with the analytical prediction. <bold>(D)</bold> The numerically obtained three-dimensional velocity field is shown for ii) solving the tangential force balance only. <bold>(E)</bold> While the normal velocity is zero, the absolute value of the tangential velocity depending on the polar angle <inline-formula id="inf45">
<mml:math id="m110">
<mml:mi>&#x3b8;</mml:mi>
</mml:math>
</inline-formula> shown for <inline-formula id="inf46">
<mml:math id="m111">
<mml:mi>&#x3d5;</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:math>
</inline-formula> agrees very well with the analytical prediction. The error <bold>(F)</bold> of the normal velocity for the full system i) as well as <bold>(G)</bold> the error of the tangential velocity for the reduced system of tangential force balance ii) converges with increasing resolution.</p>
</caption>
<graphic xlink:href="fphy-09-753230-g003.tif"/>
</fig>
</sec>
<sec id="s4-2">
<title>4.2 Dynamics of an Axisymmetric Viscous Active Cortex</title>
<p>Having tested the algorithm for the static scenario in the previous section, we now apply our method to a dynamically evolving viscous active cortex immersed in a passive outer fluid. We consider an active surface stress distribution similar to what is known for cytokinesis, i.e.,&#x20;the separation of the two daughter cells by an evolving cleavage furrow during cell division [<xref ref-type="bibr" rid="B30">30</xref>, <xref ref-type="bibr" rid="B32">32</xref>, <xref ref-type="bibr" rid="B33">33</xref>, <xref ref-type="bibr" rid="B46">46</xref>]. Initially, on the undeformed spherical cortex, we consider an active surface stress that is isotropic with constant offset <italic>&#x3b6;</italic>
<sub>0</sub> at the&#x20;poles and increases towards the equator to form a contractile ring<disp-formula id="e59">
<mml:math id="m112">
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b6;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b8;</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>&#x3d5;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b6;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b8;</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>&#x3d5;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3b6;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b8;</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>&#x3d5;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b6;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b6;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">&#x302;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mi>exp</mml:mi>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3c3;</mml:mi>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b8;</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c0;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>p</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mo>,</mml:mo>
</mml:math>
<label>(59)</label>
</disp-formula>where <inline-formula id="inf47">
<mml:math id="m113">
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b6;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">&#x302;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> is the amplitude of active surface stress increase around&#x20;the equator, <italic>p</italic> the exponent, and <italic>&#x3c3;</italic> the width of the active surface stress distribution. Again we use <italic>R</italic>&#x20;&#x3d; 1 and for the active surface stress we fix <italic>&#x3b6;</italic>
<sub>0</sub> &#x3d; 1, <italic>&#x3c3;</italic> &#x3d; 10, retaining the planar shear and bulk viscosity as <italic>&#x3b7;</italic>
<sub>
<italic>s</italic>
</sub> &#x3d; <italic>&#x3b7;</italic>
<sub>
<italic>b</italic>
</sub> &#x3d; 1. The exponent <italic>p</italic> is varied. We use an initially spherical mesh with 2562 nodes and 5120 triangles.</p>
<p>For the given active surface stress distribution in <xref ref-type="disp-formula" rid="e59">Eq. 59</xref> and for given cortex shape, we solve numerically for the three-dimensional velocity field <bold>
<italic>v</italic>
</bold> on the discrete cortex. We split up the total velocity field <bold>
<italic>v</italic>
</bold> into the tangential velocity <inline-formula id="inf48">
<mml:math id="m114">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">v</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mn mathvariant="bold-italic">1</mml:mn>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">n</mml:mi>
<mml:mo>&#x2297;</mml:mo>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">n</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mo>&#x22c5;</mml:mo>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">v</mml:mi>
</mml:math>
</inline-formula> and the normal velocity <inline-formula id="inf49">
<mml:math id="m115">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">v</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">n</mml:mi>
<mml:mo>&#x2297;</mml:mo>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">n</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mo>&#x22c5;</mml:mo>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">v</mml:mi>
</mml:math>
</inline-formula>. Since only the normal velocity leads to flows in the cortex that change the overall cortex shape, we integrate the cortex evolution similar to Refs. [<xref ref-type="bibr" rid="B45">45</xref>, <xref ref-type="bibr" rid="B71">71</xref>] by advecting each node <italic>&#x3bd;</italic> with its normal velocity <inline-formula id="inf50">
<mml:math id="m116">
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">v</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3bd;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
</mml:math>
</inline-formula>. With this, a numerically demanding re-meshing, which would be necessary in case of tangential advection of the mesh nodes, is avoided. Advection is carried out using the Euler algorithm<disp-formula id="e60">
<mml:math id="m117">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">r</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3bd;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mi mathvariant="normal">&#x394;</mml:mi>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">r</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3bd;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">v</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3bd;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">&#x394;</mml:mi>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
</mml:math>
<label>(60)</label>
</disp-formula>with a time step &#x394;<italic>t</italic>, which is typically chosen to be &#x394;t &#x3d; 5&#x20;&#xd7; 10<sup>&#x2013;4</sup> <italic>t</italic>
<sub>a</sub> with the time scale <inline-formula id="inf51">
<mml:math id="m118">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mtext>a</mml:mtext>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b7;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b6;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
</mml:math>
</inline-formula>. After a number of time steps, we observe that the normal velocity on the whole cortex vanishes, i.e.,&#x20;the cortex has reached a final, steady&#x20;state.</p>
<p>We first consider a broad distribution of active surface stress with exponent <italic>p</italic>&#x20;&#x3d; 8 in <xref ref-type="disp-formula" rid="e59">Eq. 59</xref> with <inline-formula id="inf52">
<mml:math id="m119">
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b6;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">&#x302;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:math>
</inline-formula> as shown in <xref ref-type="fig" rid="F4">Figure&#x20;4A</xref>. We apply a bending viscosity of <inline-formula id="inf53">
<mml:math id="m120">
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b7;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x304;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>0.0005</mml:mn>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b7;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:math>
</inline-formula> and <inline-formula id="inf54">
<mml:math id="m121">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b7;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x304;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>b</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>0.0025</mml:mn>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b7;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:math>
</inline-formula>. <xref ref-type="fig" rid="F4">Figure&#x20;4B</xref> shows the velocity field on the initially spherical cortex. Because of the dominating contractile active surface stress around the equator, the normal velocity points towards the cell interior around the equator. As a consequence of the incompressibility of the enclosed fluid, the normal velocity points outward at the poles. Therefore, the velocity leads to an expansion of the cortex along the <italic>z</italic>-axis and a simultaneous contraction around the equator. Integration of the cortex evolution leads to the shape shown in <xref ref-type="fig" rid="F4">Figure&#x20;4C</xref>, where we also show the final velocity field on the deformed cortex. Here, no normal velocity remains, but a finite tangential velocity points towards the equator.</p>
<fig id="F4" position="float">
<label>FIGURE 4</label>
<caption>
<p>Dynamically deforming viscous active cortex. <bold>(A)</bold> The active surface stress distributed according to <xref ref-type="disp-formula" rid="e59">Eq. 59</xref> with exponent <italic>p</italic>&#x20;&#x3d; 8, offset <inline-formula id="inf55">
<mml:math id="m122">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x03B6;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:math>
</inline-formula>, and amplitude <inline-formula id="inf56">
<mml:math id="m123">
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x03B6;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">&#x302;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:math>
</inline-formula> is shown color coded on the initially spherical, discrete cortex. Towards the equator the isotropic active surface stress increases. <bold>(B)</bold> Resulting velocity profile on the initial cortex and <bold>(C)</bold> velocity after the cortex has reached its final shape where the normal velocity vanishes.</p>
</caption>
<graphic xlink:href="fphy-09-753230-g004.tif"/>
</fig>
<p>For this setup, we compare the three-dimensional dynamics to the one obtained by axisymmetric simulations of viscous active surfaces [<xref ref-type="bibr" rid="B72">72</xref>] in <xref ref-type="fig" rid="F5">Figure&#x20;5</xref>. Details of the axisymmetric simulations are given in <xref ref-type="sec" rid="s11">Supplementary Appendix S4</xref>. For comparison between the simulation methods, we track the distance between the poles, which is divided by a factor of two, as well as the radius of the furrow at the equator. Both quantities are displayed as functions of time in <xref ref-type="fig" rid="F5">Figure&#x20;5A</xref>. While the pole to pole radius increases over time, the cortex contracts at the equator and thus the furrow radius decreases. Both quantities reach a constant plateau at longer time, which corresponds to the convergence of the simulation and results from the interplay of the contractile active stress at the pole and cortical ring contraction mediated by the incompressibility of the enclosed fluid [<xref ref-type="bibr" rid="B33">33</xref>]. We obtain excellent agreement between three-dimensional and axisymmetric simulation.</p>
<fig id="F5" position="float">
<label>FIGURE 5</label>
<caption>
<p>Comparison of cortex dynamics. <bold>(A)</bold> Comparison of the pole to pole and furrow radius between axisymmetric (lines) and three-dimensional (dot) simulations for the setup shown in <xref ref-type="fig" rid="F4">Figure&#x20;4</xref> with <italic>p</italic>&#x20;&#x3d; 8, <inline-formula id="inf57">
<mml:math id="m124">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x03B6;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:math>
</inline-formula>, <inline-formula id="inf58">
<mml:math id="m125">
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x03B6;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">&#x302;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:math>
</inline-formula> <bold>(B&#x2013;G)</bold> The tangential <bold>(left)</bold> and normal <bold>(right)</bold> velocity profile obtained from axisymmetric simulation and three-dimensional simulation is compared at different time points. Both simulation methods are in very good agreement.</p>
</caption>
<graphic xlink:href="fphy-09-753230-g005.tif"/>
</fig>
<p>To go one step further, we also compare the velocity field on the discrete cortex at different times. On the left hand side of <xref ref-type="fig" rid="F5">Figure&#x20;5</xref> we show the absolute value of the tangential velocity <bold>
<italic>v</italic>
</bold>
<sub>
<italic>t</italic>
</sub> depending on the axial position <italic>z</italic>. On the right hand side we show the normal velocity <italic>v</italic>
<sub>
<italic>n</italic>
</sub>. Velocities are shown at different times and are normalized by <inline-formula id="inf59">
<mml:math id="m126">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>v</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mtext>a</mml:mtext>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>R</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mtext>a</mml:mtext>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
</mml:math>
</inline-formula>. While the tangential velocity increases over time, i.e.,&#x20;with increasing deformation of the cortex, the normal velocity decreases until the cortex reaches its final shape (the latter is shown in <xref ref-type="fig" rid="F4">Figure&#x20;4C</xref>). Overall, our developed three-dimensional algorithm leads to a velocity field on the evolving cortex, which is in very good agreement with the axisymmetric simulation.</p>
<p>Next, we consider an active surface stress distribution around the equator, which is narrower with exponent <italic>p</italic>&#x20;&#x3d; 4 in <xref ref-type="disp-formula" rid="e59">Eq. 59</xref> and systematically vary the amplitude <inline-formula id="inf60">
<mml:math id="m127">
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b6;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">&#x302;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>. <xref ref-type="fig" rid="F6">Figure&#x20;6</xref> shows the active surface stress distribution for <inline-formula id="inf61">
<mml:math id="m128">
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b6;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">&#x302;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:math>
</inline-formula> as illustration in <xref ref-type="fig" rid="F6">Figure&#x20;6A</xref> together with the corresponding shape and velocity profile in the <xref ref-type="fig" rid="F6">Figure&#x20;6B</xref> initial and <xref ref-type="fig" rid="F6">Figure&#x20;6C</xref> final state. <xref ref-type="fig" rid="F6">Figures 6D,E</xref> show the initial and final state for <inline-formula id="inf62">
<mml:math id="m129">
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b6;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">&#x302;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>3</mml:mn>
</mml:math>
</inline-formula>. We use <inline-formula id="inf63">
<mml:math id="m130">
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b7;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x304;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>0.0005</mml:mn>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b7;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:math>
</inline-formula> and <inline-formula id="inf64">
<mml:math id="m131">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b7;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x304;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>b</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>0.0025</mml:mn>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b7;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:math>
</inline-formula> in <xref ref-type="fig" rid="F6">Figures 6A&#x2013;C</xref> and <inline-formula id="inf65">
<mml:math id="m132">
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b7;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x304;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>0.0001</mml:mn>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b7;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mspace width="0.3333em" class="nbsp"/>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b7;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x304;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>b</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>0.0035</mml:mn>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b7;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:math>
</inline-formula> in <xref ref-type="fig" rid="F6">Figures 6D,E</xref>. With increasing amplitude of the active surface stress the cortex extends farther at the poles and constricts around the equator more strongly. The final tangential velocity increases systematically, which is due to the gradient in the active surface stress distribution increasing with increasing magnitude and constant offset. We again compare the dynamics based on the pole to pole and the furrow radius as well as the velocity field at different times to axisymmetric simulations. In <xref ref-type="fig" rid="F7">Figure&#x20;7</xref>, we show the comparison for the amplitude <inline-formula id="inf66">
<mml:math id="m133">
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b6;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">&#x302;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:math>
</inline-formula> and in <xref ref-type="fig" rid="F8">Figure&#x20;8</xref> for <inline-formula id="inf67">
<mml:math id="m134">
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b6;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">&#x302;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>3</mml:mn>
</mml:math>
</inline-formula>. In all cases the results of the three-dimensional algorithm agree very well with the axisymmetric simulations.</p>
<fig id="F6" position="float">
<label>FIGURE 6</label>
<caption>
<p>Varying active surface stress amplitude. <bold>(A)</bold> The active surface stress distribution according to <xref ref-type="disp-formula" rid="e59">Eq. 59</xref> with exponent <italic>p</italic>&#x20;&#x3d; 4, offset stress <inline-formula id="inf68">
<mml:math id="m135">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x03B6;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:math>
</inline-formula>, and amplitude <inline-formula id="inf69">
<mml:math id="m136">
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x03B6;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">&#x302;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:math>
</inline-formula> is shown color coded on the initially spherical, discrete cortex. <bold>(B,C)</bold> Resulting velocity profile on the <bold>(B)</bold> initial cortex and on the <bold>(C)</bold> finally deformed cortex with arrows illustrating the direction and color coded magnitude. <bold>(D,E)</bold> Velocity profile for an active surface stress magnitude of <inline-formula id="inf70">
<mml:math id="m137">
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x03B6;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">&#x302;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>3</mml:mn>
</mml:math>
</inline-formula>. In the finally deformed state the normal velocity vanishes.</p>
</caption>
<graphic xlink:href="fphy-09-753230-g006.tif"/>
</fig>
<fig id="F7" position="float">
<label>FIGURE 7</label>
<caption>
<p>Comparison of cortex dynamics for <inline-formula id="inf71">
<mml:math id="m138">
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x03B6;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">&#x302;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:math>
</inline-formula>. <bold>(A)</bold> Comparison of the pole to pole radius and furrow radius at the equator between axisymmetric (lines) and three-dimensional simulation (dots) for the system shown in <xref ref-type="fig" rid="F6">Figure&#x20;6</xref> <bold>(A&#x2013;C)</bold> with <italic>p</italic>&#x20;&#x3d; 4,&#x20;<inline-formula id="inf72">
<mml:math id="m139">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x03B6;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>,</mml:mo>
</mml:math>
</inline-formula> <inline-formula id="inf73">
<mml:math id="m140">
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x03B6;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">&#x302;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:math>
</inline-formula>. <bold>(B&#x2013;G)</bold> The velocity profile obtained from axisymmetric simulation and three-dimensional simulation is compared at different time points. Tangential (and normal right) velocity depending on the position <inline-formula id="inf74">
<mml:math id="m141">
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mi>z</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>R</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
</mml:math>
</inline-formula> are shown at time <bold>(B,C)</bold> <inline-formula id="inf75">
<mml:math id="m142">
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>a</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>0.1</mml:mn>
</mml:math>
</inline-formula>, <bold>(D,E)</bold> <inline-formula id="inf76">
<mml:math id="m143">
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>a</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>1.5</mml:mn>
</mml:math>
</inline-formula>, <bold>(F,G)</bold> <inline-formula id="inf77">
<mml:math id="m144">
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>a</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>3</mml:mn>
</mml:math>
</inline-formula>. Both simulation methods are in very good agreement.</p>
</caption>
<graphic xlink:href="fphy-09-753230-g007.tif"/>
</fig>
<fig id="F8" position="float">
<label>FIGURE 8</label>
<caption>
<p>Comparison of cortex dynamics for <inline-formula id="inf779">
<mml:math id="m746">
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x03B6;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">&#x302;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>3</mml:mn>
</mml:math>
</inline-formula>. <bold>(A)</bold> Comparison of the pole to pole radius and furrow radius at the equator between axisymmetric (lines) and three-dimensional simulation (dots) for the system shown in <xref ref-type="fig" rid="F6">Figure&#x20;6</xref> <bold>(D,E)</bold> with <italic>p</italic>&#x20;&#x3d; 4,&#x20;<inline-formula id="inf78">
<mml:math id="m145">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x03B6;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>,</mml:mo>
</mml:math>
</inline-formula> <inline-formula id="inf79">
<mml:math id="m146">
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x03B6;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">&#x302;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>3</mml:mn>
</mml:math>
</inline-formula>. <bold>(B&#x2013;G)</bold> The velocity profile obtained from axisymmetric simulation and three dimensional simulation is compared at different time points. Tangential <bold>(left)</bold> and normal <bold>(right)</bold> velocity depending on the position z/R are shown at time <bold>(B,C)</bold> <inline-formula id="inf80">
<mml:math id="m147">
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>a</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>0.1</mml:mn>
</mml:math>
</inline-formula>, <bold>(D,E)</bold> <inline-formula id="inf81">
<mml:math id="m148">
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>a</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>1.5</mml:mn>
</mml:math>
</inline-formula>, <bold>(F,G)</bold> <inline-formula id="inf82">
<mml:math id="m149">
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>a</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>3</mml:mn>
</mml:math>
</inline-formula>. Both simulation methods are in very good agreement.</p>
</caption>
<graphic xlink:href="fphy-09-753230-g008.tif"/>
</fig>
<p>Overall, the comparison to axisymmetric simulations clearly shows the accuracy of the developed algorithm for a viscous active cortex in three dimensions also in case of dynamic cortex evolution.</p>
</sec>
<sec id="s4-3">
<title>4.3 Embryonic Fold Formation</title>
<p>As a first sample application we consider a non-axisymmetric stress pattern, which leads to the formation of a local indentation reminiscent of fold formation during embryogenesis [<xref ref-type="bibr" rid="B50">50</xref>]. We apply a line of increased active stress connecting both poles, which broadens towards the equator. Therefore, we modulate the active stress pattern in <xref ref-type="disp-formula" rid="e59">Eq. 59</xref> with two additional Gaussian functions in <italic>&#x3d5;</italic>-direction, i.e.,&#x20;we multiply by <inline-formula id="inf83">
<mml:math id="m150">
<mml:mi>exp</mml:mi>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c3;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3d5;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3d5;</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3c0;</mml:mi>
<mml:mo>/</mml:mo>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>4</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:math>
</inline-formula> or <inline-formula id="inf84">
<mml:math id="m151">
<mml:mi>exp</mml:mi>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c3;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3d5;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3d5;</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>3</mml:mn>
<mml:mi>&#x3c0;</mml:mi>
<mml:mo>/</mml:mo>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>4</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:math>
</inline-formula>, respectively. The resulting active surface stress distribution is shown in <xref ref-type="fig" rid="F9">Figure&#x20;9A</xref> for <inline-formula id="inf85">
<mml:math id="m152">
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b6;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">&#x302;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>3.5</mml:mn>
</mml:math>
</inline-formula> and <italic>&#x3c3;</italic>
<sub>
<italic>&#x3d5;</italic>
</sub> &#x3d; 200 and in <xref ref-type="fig" rid="F9">Figure&#x20;9D</xref> for <inline-formula id="inf86">
<mml:math id="m153">
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b6;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">&#x302;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>4.5</mml:mn>
</mml:math>
</inline-formula> and <italic>&#x3c3;</italic>
<sub>
<italic>&#x3d5;</italic>
</sub> &#x3d; 12, where in both cases <italic>&#x3b6;</italic>
<sub>0</sub> &#x3d; 1, <italic>p</italic>&#x20;&#x3d; 4, and <italic>&#x3c3;</italic> &#x3d; 1.5. We note that the cortex fulfills up-down symmetry such that we only show one half for clarity. The velocity profiles shown in <xref ref-type="fig" rid="F9">Figures 9B,C,E,F</xref>, respectively, show a large initial inward velocity across the patch of enhanced active stress, where in the end <xref ref-type="fig" rid="F9">Figures 9C,F</xref> a local fold forms. During fold formation an in-plane flow from the poles towards the fold develops. At the poles the cortex expands.</p>
<fig id="F9" position="float">
<label>FIGURE 9</label>
<caption>
<p>Fold formation. A cortex undergoing fold formation with a patch of increased active surface stress using <bold>(A&#x2013;C)</bold> <bold>(left)</bold> <inline-formula id="inf87">
<mml:math id="m154">
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x03B6;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">&#x302;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>3.5</mml:mn>
</mml:math>
</inline-formula>, <inline-formula id="inf88">
<mml:math id="m155">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c3;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3d5;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>200</mml:mn>
</mml:math>
</inline-formula> and <bold>(D&#x2013;F)</bold> <bold>(right)</bold> <inline-formula id="inf89">
<mml:math id="m156">
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x03B6;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">&#x302;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>4.5</mml:mn>
</mml:math>
</inline-formula>, <inline-formula id="inf90">
<mml:math id="m157">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c3;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3d5;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>12</mml:mn>
</mml:math>
</inline-formula>. In <bold>(A,D)</bold> the active surface stress is color coded whereas in <bold>(B,C,E,F)</bold> the velocity magnitude is color coded and its direction is indicted by arrows. The upper half of the cortex is shown. The initial spherical cortex bends inwards at the patch of increased active surface stress while it extends at the&#x20;poles.</p>
</caption>
<graphic xlink:href="fphy-09-753230-g009.tif"/>
</fig>
</sec>
<sec id="s4-4">
<title>4.4 Robust Cleavage Furrow Formation Under Non-axisymmetric Perturbations</title>
<p>In order to provide a further example application of an evolving cortex in a non-axisymmetric situation, we consider in the following a cell cortex with an initial shape that is not aligned with respect to the Cartesian coordinate axes. We use the same values for the viscosity as above, i.e.,&#x20;<italic>&#x3b7;</italic>
<sub>
<italic>s</italic>
</sub> &#x3d; 1 and <italic>&#x3b7;</italic>
<sub>
<italic>b</italic>
</sub> &#x3d; 1, an exponent <italic>p</italic>&#x20;&#x3d; 4 for the active surface stress distribution with constant offset <italic>&#x3b6;</italic>
<sub>0</sub>&#x20;&#x3d; 1 and amplitude <inline-formula id="inf91">
<mml:math id="m158">
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b6;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">&#x302;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>3.5</mml:mn>
</mml:math>
</inline-formula>. For the bending viscosity we choose <inline-formula id="inf92">
<mml:math id="m159">
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b7;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x304;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>&#xd7;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>4</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:math>
</inline-formula> and <inline-formula id="inf93">
<mml:math id="m160">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b7;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x304;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>b</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>5</mml:mn>
<mml:mo>&#xd7;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>3</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:math>
</inline-formula>. Initially, we deform the cortex according to a shear strain of <italic>&#x3b3;</italic>
<sub>
<italic>x</italic>
</sub> &#x3d; 0.35 along the <italic>x</italic>-axis.</p>
<p>For the first setup, the active surface stress distribution is fully non-axisymmetric as shown in <xref ref-type="fig" rid="F10">Figure&#x20;10A</xref>. We show in <xref ref-type="fig" rid="F10">Figures 10B&#x2013;E</xref> the dynamic evolution of the cortex with the velocity magnitude per node color coded and the velocity direction indicated by arrows. Initially, a large normal velocity is observed in <xref ref-type="fig" rid="F10">Figure 10B</xref> with a stripe-like pattern. Roughly along the long axis of the sheared cortex the velocity points inwards the cell cortex. In direction perpendicular to the shear, the velocity points outwards of the cell cortex. This illustrates the tendency of the cell cortex to realign with respect to the symmetry of the active surface stress distribution on the undeformed cortex, which is similar to the one shown in <xref ref-type="fig" rid="F6">Figure&#x20;6A</xref>. The reorientation is visible throughout the time evolution as well. Finally, the cell cortex is nearly aligned with the initial gradient of the active surface stress distribution. This points to the symmetry of the active surface stress distribution being the driving mechanism behind this reorientation. From <xref ref-type="fig" rid="F10">Figures 10D,E</xref> it can be seen that the cortex subsequently contracts around the equator at the end of the reorientation. In total, this indicates that the underlying symmetry of the active surface stress distribution triggers a reorientation of the total cortex, which in the end leads to a robust furrow formation despite the initial shear disturbance. We hypothesize that in nature this autonomous reorientation may explain the robustness of cell division in noisy environments where external non-axisymmetric perturbations due to, e.g., forces by neighboring cells may be prevalent.</p>
<fig id="F10" position="float">
<label>FIGURE 10</label>
<caption>
<p>Sheared cortex. <bold>(A)</bold> A cortex subject to an initial shear of <inline-formula id="inf94">
<mml:math id="m161">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b3;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>0.35</mml:mn>
</mml:math>
</inline-formula> is shown with the active surface stress distribution according to <xref ref-type="disp-formula" rid="e59">Eq. 59</xref> with <inline-formula id="inf95">
<mml:math id="m162">
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x03B6;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">&#x302;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>3.5</mml:mn>
</mml:math>
</inline-formula> color coded. The velocity field is shown on the evolving cortex over time with arrows indicating the direction and magnitude given by color code for time <bold>(B)</bold> <inline-formula id="inf96">
<mml:math id="m163">
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>a</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>3.5</mml:mn>
<mml:mo>&#xd7;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>3</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:math>
</inline-formula>, <bold>(C)</bold> <inline-formula id="inf97">
<mml:math id="m164">
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>a</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>3.5</mml:mn>
<mml:mo>&#xd7;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:math>
</inline-formula>, <bold>(D)</bold> <inline-formula id="inf98">
<mml:math id="m165">
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>a</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>8.7</mml:mn>
<mml:mo>&#xd7;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:math>
</inline-formula> and <bold>(E)</bold> <inline-formula id="inf99">
<mml:math id="m166">
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>a</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>3.5</mml:mn>
</mml:math>
</inline-formula>. While the cortex contracts around the equator and extends at the poles, it relaxes back to a shape nearly oriented as the active surface stress distribution on the undeformed cortex.</p>
</caption>
<graphic xlink:href="fphy-09-753230-g010.tif"/>
</fig>
<p>In the second setup, we consider the dynamic evolution of the cortex subject to the same initial shear, but with an active surface stress distribution that is rotated such that the gradient of the active surface stress distribution nearly aligns with the shear. The initial shape is shown in <xref ref-type="fig" rid="F11">Figure&#x20;11A</xref> while the evolution of the cortex is shown in <xref ref-type="fig" rid="F11">Figures 11B&#x2013;E</xref> at the same time points as above. Initially, the flow field shows four patches of large velocity in <xref ref-type="fig" rid="F11">Figure&#x20;11B</xref>. The evolving flow field first leads to a broadening of the cortex and a slight reorientation, presumably with respect to the symmetry of the active surface stress distribution. Subsequently, the cortex contracts around the equator with the eventual shape shown in <xref ref-type="fig" rid="F11">Figure&#x20;11E</xref>. The tangential velocity is directed from the poles to the equator.</p>
<fig id="F11" position="float">
<label>FIGURE 11</label>
<caption>
<p>Tilted sheared cortex. <bold>(A)</bold> A cortex subject to an initial shear of <inline-formula id="inf100">
<mml:math id="m167">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b3;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>0.35</mml:mn>
</mml:math>
</inline-formula> is shown with the active surface stress distribution according to <xref ref-type="disp-formula" rid="e59">Eq. 59</xref> with <inline-formula id="inf101">
<mml:math id="m168">
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x03B6;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">&#x302;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>3.5</mml:mn>
</mml:math>
</inline-formula> but rotated with an angle of 45&#xb0; towards the direction of the shear color coded. The velocity field is shown on the evolving cortex over time with arrows indicating the direction and magnitude given by color code for time <bold>(B)</bold> <inline-formula id="inf102">
<mml:math id="m169">
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>a</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>3.5</mml:mn>
<mml:mo>&#xd7;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>3</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:math>
</inline-formula>, <bold>(C)</bold> <inline-formula id="inf103">
<mml:math id="m170">
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>a</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>3.5</mml:mn>
<mml:mo>&#xd7;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:math>
</inline-formula>, <bold>(D)</bold> <inline-formula id="inf104">
<mml:math id="m171">
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>a</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>8.7</mml:mn>
<mml:mo>&#xd7;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:math>
</inline-formula> and <bold>(E)</bold> <inline-formula id="inf105">
<mml:math id="m172">
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>a</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>3.5</mml:mn>
</mml:math>
</inline-formula>. While the cortex contracts around the equator and extends at the poles, it retains its overall orientation.</p>
</caption>
<graphic xlink:href="fphy-09-753230-g011.tif"/>
</fig>
<p>We note that for very long times&#x2014;after reaching a steady state regarding the reorientation and furrow formation&#x2014;a slight asymmetry in the volume of the two daughter cells leads to an unstable shape of the dividing cell, which is due to the difference in the Laplace pressure following a difference in curvature between both regions [<xref ref-type="bibr" rid="B31">31</xref>,&#x20;<xref ref-type="bibr" rid="B46">46</xref>].</p>
<p>Finally, we consider about twice the shear rate, i.e.,&#x20;<italic>&#x3b3;</italic>
<sub>
<italic>x</italic>
</sub> &#x3d; 0.75, in <xref ref-type="fig" rid="F12">Figure&#x20;12</xref> where the results are similar to before.</p>
<fig id="F12" position="float">
<label>FIGURE 12</label>
<caption>
<p>More strongly sheared cortex. <bold>(A)</bold> A cortex subject to an initial shear of <inline-formula id="inf106">
<mml:math id="m173">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b3;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>0.75</mml:mn>
</mml:math>
</inline-formula> is shown with the active surface stress distribution according to <xref ref-type="disp-formula" rid="e59">Eq. (59)</xref> with <inline-formula id="inf107">
<mml:math id="m174">
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x03B6;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">&#x302;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>3.5</mml:mn>
</mml:math>
</inline-formula> color coded. The velocity field is shown on the evolving cortex over time with arrows indicating the direction and magnitude given by color-code for time <bold>(B)</bold> <inline-formula id="inf108">
<mml:math id="m175">
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>a</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>3.5</mml:mn>
<mml:mo>&#xd7;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>3</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:math>
</inline-formula>, <bold>(C)</bold> <inline-formula id="inf109">
<mml:math id="m176">
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>a</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>3.5</mml:mn>
<mml:mo>&#xd7;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:math>
</inline-formula>, <bold>(D)</bold> <inline-formula id="inf110">
<mml:math id="m177">
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>a</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>8.7</mml:mn>
<mml:mo>&#xd7;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:math>
</inline-formula> and <bold>(E)</bold> <inline-formula id="inf111">
<mml:math id="m178">
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>a</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>3.5</mml:mn>
</mml:math>
</inline-formula>. While the cortex contracts around the equator and extends at the poles, it relaxes back to a shape nearly oriented as the active surface stress distribution on the undeformed cortex also for this larger shear rate.</p>
</caption>
<graphic xlink:href="fphy-09-753230-g012.tif"/>
</fig>
<p>These two examples illustrate the applicability of our algorithm to non-axisymmetric situations with a three-dimensional deformation of the cortex.</p>
</sec>
</sec>
<sec id="s5">
<title>5 Conclusion</title>
<p>In this work, we presented a simulation algorithm for the time-dependent and fully three-dimensional deformation of a viscous cell cortex including active stresses. The cell cortex is represented as a thin shell in the framework of active gel theory and discretized using a set of nodes connected by flat triangles. Using an inverted parabolic fitting procedure, we were able to express the governing force balance equations on each node in terms of the unknown velocity components. The resulting linear system is solved on the whole cortex using a global minimization ansatz. Extensive comparison to analytical solutions on a rigid sphere as well as to axisymmetric simulations of a dynamically deforming shape showed very good agreement. As first examples of non-axisymmetric situations, we considered fold formation as well as a cortex subject to a shear deformation showing a reorientation mechanism of the cortex, which can further contribute to robustness of furrow formation or cell division.</p>
<p>The inherent three-dimensional character of the present algorithm allows the computational investigation of more complicated scenarios of cell or tissue mechanics in the future. Especially, the robustness of cell division/furrow formation with respect to externally induced deformations, external constraints as e.g. present during embryogenesis, or even positioning of the contractile ring can be investigated in more detail. Shape changes of tissue layers triggered by active stress distributions as they occur during embryonic or cancer development can also be addressed.</p>
<p>The generality of the presented algorithm, which directly solves the force balance equations, allows for a straightforward inclusion of different constitutive laws for cortex behavior and active stress. By way of example, the active surface stress distribution on the discrete cortex could be derived from a concentration field and/or take into account cytoskeleton polymerization and depolymerization. Coupling to an external environment can be achieved by adding corresponding external forces to the force balance equations. Therefore, it would be possible to compute cortex dynamics inside a flowing liquid in combination with a fluid solver. Our developed numerical tool can thus be the basis for future investigations of various three-dimensional scenarios of cell and tissue morphogenesis.</p>
</sec>
</body>
<back>
<sec id="s6">
<title>Data Availability Statement</title>
<p>The original contributions presented in the study are included in the article/<xref ref-type="sec" rid="s11">Supplementary Material</xref>. An implementation of the developed three-dimensional algorithm is available on request to the corresponding author(s). The source code for the axisymmetric simulations that has been used for validation can be found online: <ext-link ext-link-type="uri" xlink:href="https://github.com/DianaKhoromskaia/AxisymCortex">https://github.com/DianaKhoromskaia/AxisymCortex</ext-link>.</p>
</sec>
<sec id="s7">
<title>Author Contributions</title>
<p>CB designed the research, performed, analyzed, and interpreted the results, and wrote the article. DK performed the research and wrote the article. GS designed the research and wrote the article. SG designed the research, interpreted the results, and wrote the article.</p>
</sec>
<sec id="s8">
<title>Funding</title>
<p>DK and GS were supported by the Francis Crick Institute which receives its core funding from Cancer Research UK (FC001317), the UK Medical Research Council (FC001317), and the Wellcome Trust (FC001317), and by a CRUK multidisciplinary project award (C55977/A23342). This publication was funded by the University of Bayreuth Open Access Publishing Fund. We acknowledge funding from Deutsche Forschungsgemeinschaft in the framework of FOR 2688 &#x201c;Instabilities, Bifurcations and Migration in Pulsating Flow,&#x201d; Project B3 (417989940). CB thanks the Studienstiftung des Deutschen Volkes for financial support.</p>
</sec>
<sec sec-type="COI-statement" id="s9">
<title>Conflict of Interest</title>
<p>The authors declare that the research was conducted in the absence of any commercial or financial relationships that could be construed as a potential conflict of interest.</p>
</sec>
<sec sec-type="disclaimer" id="s10">
<title>Publisher&#x2019;s Note</title>
<p>All claims expressed in this article are solely those of the authors and do not necessarily represent those of their affiliated organizations, or those of the publisher, the editors and the reviewers. Any product that may be evaluated in this article, or claim that may be made by its manufacturer, is not guaranteed or endorsed by the publisher.</p>
</sec>
<ack>
<p>We gratefully acknowledge computing time provided by the SuperMUC system of the Leibniz Rechenzentrum, Garching, Germany, as well as by the Bavarian Polymer Institute and financial support from the Volkswagen Foundation (A125785). CB acknowledges support by the study program Biological Physics of the Elite Network of Bavaria.</p>
</ack>
<sec id="s11">
<title>Supplementary Material</title>
<p>The Supplementary Material for this article can be found online at: <ext-link ext-link-type="uri" xlink:href="https://www.frontiersin.org/articles/10.3389/fphy.2021.753230/full#supplementary-material">https://www.frontiersin.org/articles/10.3389/fphy.2021.753230/full&#x23;supplementary-material</ext-link>
</p>
<supplementary-material xlink:href="Presentation1.pdf" id="SM1" mimetype="application/pdf" xmlns:xlink="http://www.w3.org/1999/xlink"/>
</sec>
<ref-list>
<title>References</title>
<ref id="B1">
<label>1.</label>
<citation citation-type="book">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Alberts</surname>
<given-names>B</given-names>
</name>
<name>
<surname>Johnson</surname>
<given-names>A</given-names>
</name>
<name>
<surname>Lewis</surname>
<given-names>J</given-names>
</name>
<name>
<surname>Raff</surname>
<given-names>M</given-names>
</name>
<name>
<surname>Roberts</surname>
<given-names>K</given-names>
</name>
<name>
<surname>Walter</surname>
<given-names>P</given-names>
</name>
</person-group>. <source>Molecular Biology of the Cell</source>. <edition>5th ed.</edition> <publisher-loc>New York</publisher-loc>: <publisher-name>Garland Science</publisher-name> (<year>2007</year>). </citation>
</ref>
<ref id="B2">
<label>2.</label>
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Marchetti</surname>
<given-names>MC</given-names>
</name>
<name>
<surname>Joanny</surname>
<given-names>JF</given-names>
</name>
<name>
<surname>Ramaswamy</surname>
<given-names>S</given-names>
</name>
<name>
<surname>Liverpool</surname>
<given-names>TB</given-names>
</name>
<name>
<surname>Prost</surname>
<given-names>J</given-names>
</name>
<name>
<surname>Rao</surname>
<given-names>M</given-names>
</name>
<etal/>
</person-group> <article-title>Hydrodynamics of Soft Active Matter</article-title>. <source>Rev Mod Phys</source> (<year>2013</year>) <volume>85</volume>:<fpage>1143</fpage>&#x2013;<lpage>89</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1103/RevModPhys.85.1143</pub-id> </citation>
</ref>
<ref id="B3">
<label>3.</label>
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Fodor</surname>
<given-names>&#xc9;</given-names>
</name>
<name>
<surname>Nardini</surname>
<given-names>C</given-names>
</name>
<name>
<surname>Cates</surname>
<given-names>ME</given-names>
</name>
<name>
<surname>Tailleur</surname>
<given-names>J</given-names>
</name>
<name>
<surname>Visco</surname>
<given-names>P</given-names>
</name>
<name>
<surname>van Wijland</surname>
<given-names>F</given-names>
</name>
</person-group>. <article-title>How Far from Equilibrium Is Active Matter?</article-title> <source>Phys Rev Lett</source> (<year>2016</year>) <volume>117</volume>:<fpage>038103</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1103/PhysRevLett.117.038103</pub-id> </citation>
</ref>
<ref id="B4">
<label>4.</label>
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Hiraiwa</surname>
<given-names>T</given-names>
</name>
<name>
<surname>Salbreux</surname>
<given-names>G</given-names>
</name>
</person-group>. <article-title>Role of Turnover in Active Stress Generation in a Filament Network</article-title>. <source>Phys Rev Lett</source> (<year>2016</year>) <volume>116</volume>:<fpage>188101</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1103/physrevlett.116.188101</pub-id> </citation>
</ref>
<ref id="B5">
<label>5.</label>
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Ravichandran</surname>
<given-names>A</given-names>
</name>
<name>
<surname>Vliegenthart</surname>
<given-names>GA</given-names>
</name>
<name>
<surname>Saggiorato</surname>
<given-names>G</given-names>
</name>
<name>
<surname>Auth</surname>
<given-names>T</given-names>
</name>
<name>
<surname>Gompper</surname>
<given-names>G</given-names>
</name>
</person-group>. <article-title>Enhanced Dynamics of Confined Cytoskeletal Filaments Driven by Asymmetric Motors</article-title>. <source>Biophysical J</source> (<year>2017</year>) <volume>113</volume>:<fpage>1121</fpage>&#x2013;<lpage>32</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1016/j.bpj.2017.07.016</pub-id> </citation>
</ref>
<ref id="B6">
<label>6.</label>
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Hannezo</surname>
<given-names>E</given-names>
</name>
<name>
<surname>Dong</surname>
<given-names>B</given-names>
</name>
<name>
<surname>Recho</surname>
<given-names>P</given-names>
</name>
<name>
<surname>Joanny</surname>
<given-names>J-F</given-names>
</name>
<name>
<surname>Hayashi</surname>
<given-names>S</given-names>
</name>
</person-group>. <article-title>Cortical Instability Drives Periodic Supracellular Actin Pattern Formation in Epithelial Tubes</article-title>. <source>Proc Natl Acad Sci USA</source> (<year>2015</year>) <volume>112</volume>:<fpage>8620</fpage>&#x2013;<lpage>5</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1073/pnas.1504762112</pub-id> </citation>
</ref>
<ref id="B7">
<label>7.</label>
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Gowrishankar</surname>
<given-names>K</given-names>
</name>
<name>
<surname>Rao</surname>
<given-names>M</given-names>
</name>
</person-group>. <article-title>Nonequilibrium Phase Transitions, Fluctuations and Correlations in an Active Contractile Polar Fluid</article-title>. <source>Soft Matter</source> (<year>2016</year>) <volume>12</volume>:<fpage>2040</fpage>&#x2013;<lpage>6</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1039/C5SM02527C</pub-id> </citation>
</ref>
<ref id="B8">
<label>8.</label>
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Mietke</surname>
<given-names>A</given-names>
</name>
<name>
<surname>Jemseena</surname>
<given-names>V</given-names>
</name>
<name>
<surname>Kumar</surname>
<given-names>KV</given-names>
</name>
<name>
<surname>Sbalzarini</surname>
<given-names>IF</given-names>
</name>
<name>
<surname>J&#xfc;licher</surname>
<given-names>F</given-names>
</name>
</person-group>. <article-title>Minimal Model of Cellular Symmetry Breaking</article-title>. <source>Phys Rev Lett</source> (<year>2019</year>) <volume>123</volume>:<fpage>188101</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1103/PhysRevLett.123.188101</pub-id> </citation>
</ref>
<ref id="B9">
<label>9.</label>
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Mietke</surname>
<given-names>A</given-names>
</name>
<name>
<surname>J&#xfc;licher</surname>
<given-names>F</given-names>
</name>
<name>
<surname>Sbalzarini</surname>
<given-names>IF</given-names>
</name>
</person-group>. <article-title>Self-organized Shape Dynamics of Active Surfaces</article-title>. <source>Proc Natl Acad Sci USA</source> (<year>2019</year>) <volume>116</volume>:<fpage>29</fpage>&#x2013;<lpage>34</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1073/pnas.1810896115</pub-id> </citation>
</ref>
<ref id="B10">
<label>10.</label>
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Ramaswamy</surname>
<given-names>S</given-names>
</name>
<name>
<surname>Toner</surname>
<given-names>J</given-names>
</name>
<name>
<surname>Prost</surname>
<given-names>J</given-names>
</name>
</person-group>. <article-title>Nonequilibrium Fluctuations, Traveling Waves, and Instabilities in Active Membranes</article-title>. <source>Phys Rev Lett</source> (<year>2000</year>) <volume>84</volume>:<fpage>3494</fpage>&#x2013;<lpage>7</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1103/PhysRevLett.84.3494</pub-id> </citation>
</ref>
<ref id="B11">
<label>11.</label>
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Voituriez</surname>
<given-names>R</given-names>
</name>
<name>
<surname>Joanny</surname>
<given-names>JF</given-names>
</name>
<name>
<surname>Prost</surname>
<given-names>J</given-names>
</name>
</person-group>. <article-title>Spontaneous Flow Transition in Active Polar Gels</article-title>. <source>Europhys Lett</source> (<year>2005</year>) <volume>70</volume>:<fpage>404</fpage>&#x2013;<lpage>10</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1209/epl/i2004-10501-2</pub-id> </citation>
</ref>
<ref id="B12">
<label>12.</label>
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Marenduzzo</surname>
<given-names>D</given-names>
</name>
<name>
<surname>Orlandini</surname>
<given-names>E</given-names>
</name>
<name>
<surname>Cates</surname>
<given-names>ME</given-names>
</name>
<name>
<surname>Yeomans</surname>
<given-names>JM</given-names>
</name>
</person-group>. <article-title>Steady-state Hydrodynamic Instabilities of Active Liquid Crystals: Hybrid Lattice Boltzmann Simulations</article-title>. <source>Phys Rev E</source> (<year>2007</year>) <volume>76</volume>:<fpage>031921-1</fpage>&#x2013;<lpage>18</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1103/PhysRevE.76.031921</pub-id> </citation>
</ref>
<ref id="B13">
<label>13.</label>
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Ravnik</surname>
<given-names>M</given-names>
</name>
<name>
<surname>Yeomans</surname>
<given-names>JM</given-names>
</name>
</person-group>. <article-title>Confined Active Nematic Flow in Cylindrical Capillaries</article-title>. <source>Phys Rev Lett</source> (<year>2013</year>) <volume>110</volume>:<fpage>026001-1</fpage>&#x2013;<lpage>5</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1103/PhysRevLett.110.026001</pub-id> </citation>
</ref>
<ref id="B14">
<label>14.</label>
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Kumar</surname>
<given-names>KV</given-names>
</name>
<name>
<surname>Bois</surname>
<given-names>JS</given-names>
</name>
<name>
<surname>J&#xfc;licher</surname>
<given-names>F</given-names>
</name>
<name>
<surname>Grill</surname>
<given-names>SW</given-names>
</name>
</person-group>. <article-title>Pulsatory Patterns in Active Fluids</article-title>. <source>Phys Rev Lett</source> (<year>2014</year>) <volume>112</volume>:<fpage>208101-1</fpage>&#x2013;<lpage>5</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1103/PhysRevLett.112.208101</pub-id> </citation>
</ref>
<ref id="B15">
<label>15.</label>
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Khoromskaia</surname>
<given-names>D</given-names>
</name>
<name>
<surname>Alexander</surname>
<given-names>GP</given-names>
</name>
</person-group>. <article-title>Motility of Active Fluid Drops on Surfaces</article-title>. <source>Phys Rev E</source> (<year>2015</year>) <volume>92</volume>:<fpage>062311-1</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1103/PhysRevE.92.062311</pub-id> </citation>
</ref>
<ref id="B16">
<label>16.</label>
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Ramaswamy</surname>
<given-names>R</given-names>
</name>
<name>
<surname>J&#xfc;licher</surname>
<given-names>F</given-names>
</name>
</person-group>. <article-title>Activity Induces Traveling Waves, Vortices and Spatiotemporal Chaos in a Model Actomyosin Layer</article-title>. <source>Sci Rep</source> (<year>2016</year>) <volume>6</volume>:<fpage>20838</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1038/srep20838</pub-id> </citation>
</ref>
<ref id="B17">
<label>17.</label>
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Bonelli</surname>
<given-names>F</given-names>
</name>
<name>
<surname>Gonnella</surname>
<given-names>G</given-names>
</name>
<name>
<surname>Tiribocchi</surname>
<given-names>A</given-names>
</name>
<name>
<surname>Marenduzzo</surname>
<given-names>D</given-names>
</name>
</person-group>. <article-title>Spontaneous Flow in Polar Active Fluids: The Effect of a Phenomenological Self Propulsion-like Term</article-title>. <source>Eur Phys J&#x20;E</source> (<year>2016</year>) <volume>39</volume>:<fpage>1</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1140/epje/i2016-16001-2</pub-id> </citation>
</ref>
<ref id="B18">
<label>18.</label>
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Wu</surname>
<given-names>K-T</given-names>
</name>
<name>
<surname>Hishamunda</surname>
<given-names>JB</given-names>
</name>
<name>
<surname>Chen</surname>
<given-names>DTN</given-names>
</name>
<name>
<surname>DeCamp</surname>
<given-names>SJ</given-names>
</name>
<name>
<surname>Chang</surname>
<given-names>Y-W</given-names>
</name>
<name>
<surname>Fern&#xe1;ndez-Nieves</surname>
<given-names>A</given-names>
</name>
<etal/>
</person-group> <article-title>Transition from Turbulent to Coherent Flows in Confined Three-Dimensional Active Fluids</article-title>. <source>Science</source> (<year>2017</year>) <volume>355</volume>:<fpage>eaal1979</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1126/science.aal1979</pub-id> </citation>
</ref>
<ref id="B19">
<label>19.</label>
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Grill</surname>
<given-names>SW</given-names>
</name>
</person-group>. <article-title>Growing up Is Stressful: Biophysical Laws of Morphogenesis</article-title>. <source>Curr Opin Genet Dev</source> (<year>2011</year>) <volume>21</volume>:<fpage>647</fpage>&#x2013;<lpage>52</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1016/j.gde.2011.09.005</pub-id> </citation>
</ref>
<ref id="B20">
<label>20.</label>
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Salbreux</surname>
<given-names>G</given-names>
</name>
<name>
<surname>Charras</surname>
<given-names>G</given-names>
</name>
<name>
<surname>Paluch</surname>
<given-names>E</given-names>
</name>
</person-group>. <article-title>Actin Cortex Mechanics and Cellular Morphogenesis</article-title>. <source>Trends Cell Biol</source> (<year>2012</year>) <volume>22</volume>:<fpage>536</fpage>&#x2013;<lpage>45</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1016/j.tcb.2012.07.001</pub-id> </citation>
</ref>
<ref id="B21">
<label>21.</label>
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Callan-Jones</surname>
<given-names>AC</given-names>
</name>
<name>
<surname>Ruprecht</surname>
<given-names>V</given-names>
</name>
<name>
<surname>Wieser</surname>
<given-names>S</given-names>
</name>
<name>
<surname>Heisenberg</surname>
<given-names>CP</given-names>
</name>
<name>
<surname>Voituriez</surname>
<given-names>R</given-names>
</name>
</person-group>. <article-title>Cortical Flow-Driven Shapes of Nonadherent Cells</article-title>. <source>Phys Rev Lett</source> (<year>2016</year>) <volume>116</volume>:<fpage>028102</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1103/PhysRevLett.116.028102</pub-id> </citation>
</ref>
<ref id="B22">
<label>22.</label>
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Fischer-Friedrich</surname>
<given-names>E</given-names>
</name>
<name>
<surname>Toyoda</surname>
<given-names>Y</given-names>
</name>
<name>
<surname>Cattin</surname>
<given-names>CJ</given-names>
</name>
<name>
<surname>M&#xfc;ller</surname>
<given-names>DJ</given-names>
</name>
<name>
<surname>Hyman</surname>
<given-names>AA</given-names>
</name>
<name>
<surname>J&#xfc;licher</surname>
<given-names>F</given-names>
</name>
</person-group>. <article-title>Rheology of the Active Cell Cortex in Mitosis</article-title>. <source>Biophysical J</source> (<year>2016</year>) <volume>111</volume>:<fpage>589</fpage>&#x2013;<lpage>600</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1016/j.bpj.2016.06.008</pub-id> </citation>
</ref>
<ref id="B23">
<label>23.</label>
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Fischer-Friedrich</surname>
<given-names>E</given-names>
</name>
</person-group>. <article-title>Active Prestress Leads to an Apparent Stiffening of Cells through Geometrical Effects</article-title>. <source>Biophysical J</source> (<year>2018</year>) <volume>114</volume>:<fpage>419</fpage>&#x2013;<lpage>24</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1016/j.bpj.2017.11.014</pub-id> </citation>
</ref>
<ref id="B24">
<label>24.</label>
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Hawkins</surname>
<given-names>RJ</given-names>
</name>
<name>
<surname>Poincloux</surname>
<given-names>R</given-names>
</name>
<name>
<surname>B&#xe9;nichou</surname>
<given-names>O</given-names>
</name>
<name>
<surname>Piel</surname>
<given-names>M</given-names>
</name>
<name>
<surname>Chavrier</surname>
<given-names>P</given-names>
</name>
<name>
<surname>Voituriez</surname>
<given-names>R</given-names>
</name>
</person-group>. <article-title>Spontaneous Contractility-Mediated Cortical Flow Generates Cell Migration in Three-Dimensional Environments</article-title>. <source>Biophysical J</source> (<year>2011</year>) <volume>101</volume>:<fpage>1041</fpage>&#x2013;<lpage>5</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1016/j.bpj.2011.07.038</pub-id> </citation>
</ref>
<ref id="B25">
<label>25.</label>
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Carlsson</surname>
<given-names>AE</given-names>
</name>
</person-group>. <article-title>Mechanisms of Cell Propulsion by Active Stresses</article-title>. <source>New J&#x20;Phys</source> (<year>2011</year>) <volume>13</volume>:<fpage>073009</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1088/1367-2630/13/7/073009</pub-id> </citation>
</ref>
<ref id="B26">
<label>26.</label>
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Shao</surname>
<given-names>D</given-names>
</name>
<name>
<surname>Levine</surname>
<given-names>H</given-names>
</name>
<name>
<surname>Rappel</surname>
<given-names>W-J</given-names>
</name>
</person-group>. <article-title>Coupling Actin Flow, Adhesion, and Morphology in a Computational Cell Motility Model</article-title>. <source>Proc Natl Acad Sci</source> (<year>2012</year>) <volume>109</volume>:<fpage>6851</fpage>&#x2013;<lpage>6</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1073/pnas.1203252109</pub-id> </citation>
</ref>
<ref id="B27">
<label>27.</label>
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Marth</surname>
<given-names>W</given-names>
</name>
<name>
<surname>Praetorius</surname>
<given-names>S</given-names>
</name>
<name>
<surname>Voigt</surname>
<given-names>A</given-names>
</name>
</person-group>. <article-title>A Mechanism for Cell Motility by Active Polar Gels</article-title>. <source>J&#x20;R Soc Interf</source> (<year>2015</year>) <volume>12</volume>:<fpage>20150161</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1098/rsif.2015.0161</pub-id> </citation>
</ref>
<ref id="B28">
<label>28.</label>
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Callan-Jones</surname>
<given-names>AC</given-names>
</name>
<name>
<surname>Voituriez</surname>
<given-names>R</given-names>
</name>
</person-group>. <article-title>Actin Flows in Cell Migration: From Locomotion and Polarity to Trajectories</article-title>. <source>Curr Opin Cell Biol</source> (<year>2016</year>) <volume>38</volume>:<fpage>12</fpage>&#x2013;<lpage>7</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1016/j.ceb.2016.01.003</pub-id> </citation>
</ref>
<ref id="B29">
<label>29.</label>
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Campbell</surname>
<given-names>EJ</given-names>
</name>
<name>
<surname>Bagchi</surname>
<given-names>P</given-names>
</name>
</person-group>. <article-title>A Computational Model of Amoeboid Cell Swimming</article-title>. <source>Phys Fluids</source> (<year>2017</year>) <volume>29</volume>:<fpage>101902</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1063/1.4990543</pub-id> </citation>
</ref>
<ref id="B30">
<label>30.</label>
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Salbreux</surname>
<given-names>G</given-names>
</name>
<name>
<surname>Prost</surname>
<given-names>J</given-names>
</name>
<name>
<surname>Joanny</surname>
<given-names>JF</given-names>
</name>
</person-group>. <article-title>Hydrodynamics of Cellular Cortical Flows and the Formation of Contractile Rings</article-title>. <source>Phys Rev Lett</source> (<year>2009</year>) <volume>103</volume>:<fpage>058102</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1103/PhysRevLett.103.058102</pub-id> </citation>
</ref>
<ref id="B31">
<label>31.</label>
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Sedzinski</surname>
<given-names>J</given-names>
</name>
<name>
<surname>Biro</surname>
<given-names>M</given-names>
</name>
<name>
<surname>Oswald</surname>
<given-names>A</given-names>
</name>
<name>
<surname>Tinevez</surname>
<given-names>J-Y</given-names>
</name>
<name>
<surname>Salbreux</surname>
<given-names>G</given-names>
</name>
<name>
<surname>Paluch</surname>
<given-names>E</given-names>
</name>
</person-group>. <article-title>Polar Actomyosin Contractility Destabilizes the Position of the Cytokinetic Furrow</article-title>. <source>Nature</source> (<year>2011</year>) <volume>476</volume>:<fpage>462</fpage>&#x2013;<lpage>6</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1038/nature10286</pub-id> </citation>
</ref>
<ref id="B32">
<label>32.</label>
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Mendes Pinto</surname>
<given-names>I</given-names>
</name>
<name>
<surname>Rubinstein</surname>
<given-names>B</given-names>
</name>
<name>
<surname>Li</surname>
<given-names>R</given-names>
</name>
</person-group>. <article-title>Force to Divide: Structural and Mechanical Requirements for Actomyosin Ring Contraction</article-title>. <source>Biophysical J</source> (<year>2013</year>) <volume>105</volume>:<fpage>547</fpage>&#x2013;<lpage>54</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1016/j.bpj.2013.06.033</pub-id> </citation>
</ref>
<ref id="B33">
<label>33.</label>
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Turlier</surname>
<given-names>H</given-names>
</name>
<name>
<surname>Audoly</surname>
<given-names>B</given-names>
</name>
<name>
<surname>Prost</surname>
<given-names>J</given-names>
</name>
<name>
<surname>Joanny</surname>
<given-names>J-F</given-names>
</name>
</person-group>. <article-title>Furrow Constriction in Animal Cell Cytokinesis</article-title>. <source>Biophysical J</source> (<year>2014</year>) <volume>106</volume>:<fpage>114</fpage>&#x2013;<lpage>23</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1016/j.bpj.2013.11.014</pub-id> </citation>
</ref>
<ref id="B34">
<label>34.</label>
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Sain</surname>
<given-names>A</given-names>
</name>
<name>
<surname>Inamdar</surname>
<given-names>MM</given-names>
</name>
<name>
<surname>J&#xfc;licher</surname>
<given-names>F</given-names>
</name>
</person-group>. <article-title>Dynamic Force Balances and Cell Shape Changes during Cytokinesis</article-title>. <source>Phys Rev Lett</source> (<year>2015</year>) <volume>114</volume>:<fpage>048102</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1103/PhysRevLett.114.048102</pub-id> </citation>
</ref>
<ref id="B35">
<label>35.</label>
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Kruse</surname>
<given-names>K</given-names>
</name>
<name>
<surname>Joanny</surname>
<given-names>JF</given-names>
</name>
<name>
<surname>J&#xfc;licher</surname>
<given-names>F</given-names>
</name>
<name>
<surname>Prost</surname>
<given-names>J</given-names>
</name>
<name>
<surname>Sekimoto</surname>
<given-names>K</given-names>
</name>
</person-group>. <article-title>Generic Theory of Active Polar Gels: A Paradigm for Cytoskeletal Dynamics</article-title>. <source>Eur Phys J&#x20;E</source> (<year>2005</year>) <volume>16</volume>:<fpage>5</fpage>&#x2013;<lpage>16</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1140/epje/e2005-00002-5</pub-id> </citation>
</ref>
<ref id="B36">
<label>36.</label>
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Prost</surname>
<given-names>J</given-names>
</name>
<name>
<surname>J&#xfc;licher</surname>
<given-names>F</given-names>
</name>
<name>
<surname>Joanny</surname>
<given-names>J-F</given-names>
</name>
</person-group>. <article-title>Active Gel Physics</article-title>. <source>Nat Phys</source> (<year>2015</year>) <volume>11</volume>:<fpage>111</fpage>&#x2013;<lpage>7</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1038/nphys3224</pub-id> </citation>
</ref>
<ref id="B37">
<label>37.</label>
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>J&#xfc;licher</surname>
<given-names>F</given-names>
</name>
<name>
<surname>Grill</surname>
<given-names>SW</given-names>
</name>
<name>
<surname>Salbreux</surname>
<given-names>G</given-names>
</name>
</person-group>. <article-title>Hydrodynamic Theory of Active Matter</article-title>. <source>Rep Prog Phys</source> (<year>2018</year>) <volume>81</volume>:<fpage>076601</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1088/1361-6633/aab6bb</pub-id> </citation>
</ref>
<ref id="B38">
<label>38.</label>
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Hatwalne</surname>
<given-names>Y</given-names>
</name>
<name>
<surname>Ramaswamy</surname>
<given-names>S</given-names>
</name>
<name>
<surname>Rao</surname>
<given-names>M</given-names>
</name>
<name>
<surname>Simha</surname>
<given-names>RA</given-names>
</name>
</person-group>. <article-title>Rheology of Active-Particle Suspensions</article-title>. <source>Phys Rev Lett</source> (<year>2004</year>) <volume>92</volume>:<fpage>118101</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1103/PhysRevLett.92.118101</pub-id> </citation>
</ref>
<ref id="B39">
<label>39.</label>
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Kruse</surname>
<given-names>K</given-names>
</name>
<name>
<surname>Joanny</surname>
<given-names>JF</given-names>
</name>
<name>
<surname>J&#xfc;licher</surname>
<given-names>F</given-names>
</name>
<name>
<surname>Prost</surname>
<given-names>J</given-names>
</name>
<name>
<surname>Sekimoto</surname>
<given-names>K</given-names>
</name>
</person-group>. <article-title>Asters, Vortices, and Rotating Spirals in Active Gels of Polar Filaments</article-title>. <source>Phys Rev Lett</source> (<year>2004</year>) <volume>92</volume>:<fpage>078101</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1103/PhysRevLett.92.078101</pub-id> </citation>
</ref>
<ref id="B40">
<label>40.</label>
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Salbreux</surname>
<given-names>G</given-names>
</name>
<name>
<surname>J&#xfc;licher</surname>
<given-names>F</given-names>
</name>
</person-group>. <article-title>Mechanics of Active Surfaces</article-title>. <source>Phys Rev E</source> (<year>2017</year>) <volume>96</volume>:<fpage>032404</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1103/PhysRevE.96.032404</pub-id> </citation>
</ref>
<ref id="B41">
<label>41.</label>
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Berthoumieux</surname>
<given-names>H</given-names>
</name>
<name>
<surname>Ma&#xee;tre</surname>
<given-names>J-L</given-names>
</name>
<name>
<surname>Heisenberg</surname>
<given-names>C-P</given-names>
</name>
<name>
<surname>Paluch</surname>
<given-names>EK</given-names>
</name>
<name>
<surname>J&#xfc;licher</surname>
<given-names>F</given-names>
</name>
<name>
<surname>Salbreux</surname>
<given-names>G</given-names>
</name>
</person-group>. <article-title>Active Elastic Thin Shell Theory for Cellular Deformations</article-title>. <source>New J&#x20;Phys</source> (<year>2014</year>) <volume>16</volume>:<fpage>065005</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1088/1367-2630/16/6/065005</pub-id> </citation>
</ref>
<ref id="B42">
<label>42.</label>
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>B&#xe4;cher</surname>
<given-names>C</given-names>
</name>
<name>
<surname>Gekle</surname>
<given-names>S</given-names>
</name>
</person-group>. <article-title>Computational Modeling of Active Deformable Membranes Embedded in Three-Dimensional Flows</article-title>. <source>Phys Rev E</source> (<year>2019</year>) <volume>99</volume>:<fpage>062418</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1103/PhysRevE.99.062418</pub-id> </citation>
</ref>
<ref id="B43">
<label>43.</label>
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>B&#xe4;cher</surname>
<given-names>C</given-names>
</name>
<name>
<surname>Bender</surname>
<given-names>M</given-names>
</name>
<name>
<surname>Gekle</surname>
<given-names>S</given-names>
</name>
</person-group>. <article-title>Flow-accelerated Platelet Biogenesis Is Due to an Elasto-Hydrodynamic Instability</article-title>. <source>Proc Natl Acad Sci USA</source> (<year>2020</year>) <volume>117</volume>:<fpage>18969</fpage>&#x2013;<lpage>76</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1073/pnas.2002985117</pub-id> </citation>
</ref>
<ref id="B44">
<label>44.</label>
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Reymann</surname>
<given-names>A-C</given-names>
</name>
<name>
<surname>Staniscia</surname>
<given-names>F</given-names>
</name>
<name>
<surname>Erzberger</surname>
<given-names>A</given-names>
</name>
<name>
<surname>Salbreux</surname>
<given-names>G</given-names>
</name>
<name>
<surname>Grill</surname>
<given-names>SW</given-names>
</name>
</person-group>. <article-title>Cortical Flow Aligns Actin Filaments to Form a Furrow</article-title>. <source>eLife</source> (<year>2016</year>) <volume>5</volume>:<fpage>e17807</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.7554/eLife.17807</pub-id> </citation>
</ref>
<ref id="B45">
<label>45.</label>
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Torres-S&#xe1;nchez</surname>
<given-names>A</given-names>
</name>
<name>
<surname>Mill&#xe1;n</surname>
<given-names>D</given-names>
</name>
<name>
<surname>Arroyo</surname>
<given-names>M</given-names>
</name>
</person-group>. <article-title>Modelling Fluid Deformable Surfaces with an Emphasis on Biological Interfaces</article-title>. <source>J&#x20;Fluid Mech</source> (<year>2019</year>) <volume>872</volume>:<fpage>218</fpage>&#x2013;<lpage>71</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1017/jfm.2019.341</pub-id> </citation>
</ref>
<ref id="B46">
<label>46.</label>
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Green</surname>
<given-names>RA</given-names>
</name>
<name>
<surname>Paluch</surname>
<given-names>E</given-names>
</name>
<name>
<surname>Oegema</surname>
<given-names>K</given-names>
</name>
</person-group>. <article-title>Cytokinesis in Animal Cells</article-title>. <source>Annu Rev Cell Dev. Biol.</source> (<year>2012</year>) <volume>28</volume>:<fpage>29</fpage>&#x2013;<lpage>58</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1146/annurev-cellbio-101011-155718</pub-id> </citation>
</ref>
<ref id="B47">
<label>47.</label>
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Farutin</surname>
<given-names>A</given-names>
</name>
<name>
<surname>&#xc9;tienne</surname>
<given-names>J</given-names>
</name>
<name>
<surname>Misbah</surname>
<given-names>C</given-names>
</name>
<name>
<surname>Recho</surname>
<given-names>P</given-names>
</name>
</person-group>. <article-title>Crawling in a Fluid</article-title>. <source>Phys Rev Lett</source> (<year>2019</year>) <volume>123</volume>:<fpage>118101</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1103/PhysRevLett.123.118101</pub-id> </citation>
</ref>
<ref id="B48">
<label>48.</label>
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Mayer</surname>
<given-names>M</given-names>
</name>
<name>
<surname>Depken</surname>
<given-names>M</given-names>
</name>
<name>
<surname>Bois</surname>
<given-names>JS</given-names>
</name>
<name>
<surname>J&#xfc;licher</surname>
<given-names>F</given-names>
</name>
<name>
<surname>Grill</surname>
<given-names>SW</given-names>
</name>
</person-group>. <article-title>Anisotropies in Cortical Tension Reveal the Physical Basis of Polarizing Cortical Flows</article-title>. <source>Nature</source> (<year>2010</year>) <volume>467</volume>:<fpage>617</fpage>&#x2013;<lpage>21</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1038/nature09376</pub-id> </citation>
</ref>
<ref id="B49">
<label>49.</label>
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Etournay</surname>
<given-names>R</given-names>
</name>
<name>
<surname>Popovi&#x107;</surname>
<given-names>M</given-names>
</name>
<name>
<surname>Merkel</surname>
<given-names>M</given-names>
</name>
<name>
<surname>Nandi</surname>
<given-names>A</given-names>
</name>
<name>
<surname>Blasse</surname>
<given-names>C</given-names>
</name>
<name>
<surname>Aigouy</surname>
<given-names>B</given-names>
</name>
<etal/>
</person-group> <article-title>Interplay of Cell Dynamics and Epithelial Tension during Morphogenesis of the Drosophila Pupal wing</article-title>. <source>eLife</source> (<year>2015</year>) <volume>4</volume>:<fpage>e07090 1-51</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.7554/eLife.07090</pub-id> </citation>
</ref>
<ref id="B50">
<label>50.</label>
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Heer</surname>
<given-names>NC</given-names>
</name>
<name>
<surname>Miller</surname>
<given-names>PW</given-names>
</name>
<name>
<surname>Chanet</surname>
<given-names>S</given-names>
</name>
<name>
<surname>Stoop</surname>
<given-names>N</given-names>
</name>
<name>
<surname>Dunkel</surname>
<given-names>J</given-names>
</name>
<name>
<surname>Martin</surname>
<given-names>AC</given-names>
</name>
</person-group>. <article-title>Actomyosin-based Tissue Folding Requires a Multicellular Myosin Gradient</article-title>. <source>Development</source> (<year>2017</year>) <volume>144</volume>:<fpage>1876</fpage>&#x2013;<lpage>86</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1242/dev.146761</pub-id> </citation>
</ref>
<ref id="B51">
<label>51.</label>
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Torres-S&#xe1;nchez</surname>
<given-names>A</given-names>
</name>
<name>
<surname>Santos-Oliv&#xe1;n</surname>
<given-names>D</given-names>
</name>
<name>
<surname>Arroyo</surname>
<given-names>M</given-names>
</name>
</person-group>. <article-title>Approximation of Tensor fields on Surfaces of Arbitrary Topology Based on Local Monge Parametrizations</article-title>. <source>J&#x20;Comput Phys</source> (<year>2020</year>) <volume>405</volume>:<fpage>109168</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1016/j.jcp.2019.109168</pub-id> </citation>
</ref>
<ref id="B52">
<label>52.</label>
<citation citation-type="book">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Arroyo</surname>
<given-names>M</given-names>
</name>
<name>
<surname>Walani</surname>
<given-names>N</given-names>
</name>
<name>
<surname>Torres-S&#xe1;nchez</surname>
<given-names>A</given-names>
</name>
<name>
<surname>Kaurin</surname>
<given-names>D</given-names>
</name>
</person-group>. <article-title>Onsager&#x27;s Variational Principle in Soft Matter: Introduction and Application to the Dynamics of Adsorption of Proteins onto Fluid Membranes</article-title>. In: <person-group person-group-type="editor">
<name>
<surname>Steigmann</surname>
<given-names>DJ</given-names>
</name>
</person-group>, editor. <source>The Role of Mechanics in the Study of Lipid Bilayers</source>, <volume>577</volume>. <publisher-loc>Cham</publisher-loc>: <publisher-name>Springer International Publishing</publisher-name> (<year>2018</year>) p. <fpage>287</fpage>&#x2013;<lpage>332</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1007/978-3-319-56348-0_6</pub-id> </citation>
</ref>
<ref id="B53">
<label>53.</label>
<citation citation-type="book">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Green</surname>
<given-names>AE</given-names>
</name>
<name>
<surname>Zerna</surname>
<given-names>W</given-names>
</name>
</person-group>. <source>Theoretical Elasticity</source>. <publisher-loc>Oxford</publisher-loc>: <publisher-name>Clarendon Press</publisher-name> (<year>1954</year>). </citation>
</ref>
<ref id="B54">
<label>54.</label>
<citation citation-type="book">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Kreyszig</surname>
<given-names>E</given-names>
</name>
</person-group>. <source>Introduction to Differential Geometry and Riemannian Geometry</source>. <publisher-loc>Toronto, ON, Canada</publisher-loc>: <publisher-name>University of Toronto Press</publisher-name> (<year>1968</year>). </citation>
</ref>
<ref id="B55">
<label>55.</label>
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Deserno</surname>
<given-names>M</given-names>
</name>
</person-group>. <article-title>Fluid Lipid Membranes: From Differential Geometry to Curvature Stresses</article-title>. <source>Chem Phys Lipids</source> (<year>2015</year>) <volume>185</volume>:<fpage>11</fpage>&#x2013;<lpage>45</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1016/j.chemphyslip.2014.05.001</pub-id> </citation>
</ref>
<ref id="B56">
<label>56.</label>
<citation citation-type="book">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Chandrasekharaiah</surname>
<given-names>D</given-names>
</name>
<name>
<surname>Debnath</surname>
<given-names>L</given-names>
</name>
</person-group>. <source>Continuum Mechanics</source>. <publisher-loc>Mineola, New York</publisher-loc>: <publisher-name>Elsevier</publisher-name> (<year>2014</year>). </citation>
</ref>
<ref id="B57">
<label>57.</label>
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Lomakina</surname>
<given-names>EB</given-names>
</name>
<name>
<surname>Spillmann</surname>
<given-names>CM</given-names>
</name>
<name>
<surname>King</surname>
<given-names>MR</given-names>
</name>
<name>
<surname>Waugh</surname>
<given-names>RE</given-names>
</name>
</person-group>. <article-title>Rheological Analysis and Measurement of Neutrophil Indentation</article-title>. <source>Biophysical J</source> (<year>2004</year>) <volume>87</volume>:<fpage>4246</fpage>&#x2013;<lpage>58</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1529/biophysj.103.031765</pub-id> </citation>
</ref>
<ref id="B58">
<label>58.</label>
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Krieg</surname>
<given-names>M</given-names>
</name>
<name>
<surname>Arboleda-Estudillo</surname>
<given-names>Y</given-names>
</name>
<name>
<surname>Puech</surname>
<given-names>P-H</given-names>
</name>
<name>
<surname>K&#xe4;fer</surname>
<given-names>J</given-names>
</name>
<name>
<surname>Graner</surname>
<given-names>F</given-names>
</name>
<name>
<surname>M&#xfc;ller</surname>
<given-names>DJ</given-names>
</name>
<etal/>
</person-group> <article-title>Tensile Forces Govern Germ-Layer Organization in Zebrafish</article-title>. <source>Nat Cell Biol</source> (<year>2008</year>) <volume>10</volume>:<fpage>429</fpage>&#x2013;<lpage>36</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1038/ncb1705</pub-id> </citation>
</ref>
<ref id="B59">
<label>59.</label>
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Tinevez</surname>
<given-names>J-Y</given-names>
</name>
<name>
<surname>Schulze</surname>
<given-names>U</given-names>
</name>
<name>
<surname>Salbreux</surname>
<given-names>G</given-names>
</name>
<name>
<surname>Roensch</surname>
<given-names>J</given-names>
</name>
<name>
<surname>Joanny</surname>
<given-names>J-F</given-names>
</name>
<name>
<surname>Paluch</surname>
<given-names>E</given-names>
</name>
</person-group>. <article-title>Role of Cortical Tension in Bleb Growth</article-title>. <source>Proc Natl Acad Sci</source> (<year>2009</year>) <volume>106</volume>:<fpage>18581</fpage>&#x2013;<lpage>6</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1073/pnas.0903353106</pub-id> </citation>
</ref>
<ref id="B60">
<label>60.</label>
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Lam</surname>
<given-names>J</given-names>
</name>
<name>
<surname>Herant</surname>
<given-names>M</given-names>
</name>
<name>
<surname>Dembo</surname>
<given-names>M</given-names>
</name>
<name>
<surname>Heinrich</surname>
<given-names>V</given-names>
</name>
</person-group>. <article-title>Baseline Mechanical Characterization of J774 Macrophages</article-title>. <source>Biophysical J</source> (<year>2009</year>) <volume>96</volume>:<fpage>248</fpage>&#x2013;<lpage>54</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1529/biophysj.108.139154</pub-id> </citation>
</ref>
<ref id="B61">
<label>61.</label>
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Fischer-Friedrich</surname>
<given-names>E</given-names>
</name>
<name>
<surname>Hyman</surname>
<given-names>AA</given-names>
</name>
<name>
<surname>J&#xfc;licher</surname>
<given-names>F</given-names>
</name>
<name>
<surname>M&#xfc;ller</surname>
<given-names>DJ</given-names>
</name>
<name>
<surname>Helenius</surname>
<given-names>J</given-names>
</name>
</person-group>. <article-title>Quantification of Surface Tension and Internal Pressure Generated by Single Mitotic Cells</article-title>. <source>Sci Rep</source> (<year>2014</year>) <volume>4</volume>:<fpage>6213</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1038/srep06213</pub-id> </citation>
</ref>
<ref id="B62">
<label>62.</label>
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Bergert</surname>
<given-names>M</given-names>
</name>
<name>
<surname>Erzberger</surname>
<given-names>A</given-names>
</name>
<name>
<surname>Desai</surname>
<given-names>RA</given-names>
</name>
<name>
<surname>Aspalter</surname>
<given-names>IM</given-names>
</name>
<name>
<surname>Oates</surname>
<given-names>AC</given-names>
</name>
<name>
<surname>Charras</surname>
<given-names>G</given-names>
</name>
<etal/>
</person-group> <article-title>Force Transmission during Adhesion-independent Migration</article-title>. <source>Nat Cell Biol</source> (<year>2015</year>) <volume>17</volume>:<fpage>524</fpage>&#x2013;<lpage>9</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1038/ncb3134</pub-id> </citation>
</ref>
<ref id="B63">
<label>63.</label>
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Guglietta</surname>
<given-names>F</given-names>
</name>
<name>
<surname>Behr</surname>
<given-names>M</given-names>
</name>
<name>
<surname>Biferale</surname>
<given-names>L</given-names>
</name>
<name>
<surname>Falcucci</surname>
<given-names>G</given-names>
</name>
<name>
<surname>Sbragaglia</surname>
<given-names>M</given-names>
</name>
</person-group>. <article-title>On the Effects of Membrane Viscosity on Transient Red Blood Cell Dynamics</article-title>. <source>Soft Matter</source> (<year>2020</year>) <volume>16</volume>:<fpage>6191</fpage>&#x2013;<lpage>205</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1039/D0SM00587H</pub-id> </citation>
</ref>
<ref id="B64">
<label>64.</label>
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Matteoli</surname>
<given-names>P</given-names>
</name>
<name>
<surname>Nicoud</surname>
<given-names>F</given-names>
</name>
<name>
<surname>Mendez</surname>
<given-names>S</given-names>
</name>
</person-group>. <article-title>Impact of the Membrane Viscosity on the Tank-Treading Behavior of Red Blood Cells</article-title>. <source>Phys Rev Fluids</source> (<year>2021</year>) <volume>6</volume>:<fpage>043602</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1103/PhysRevFluids.6.043602</pub-id> </citation>
</ref>
<ref id="B65">
<label>65.</label>
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Farutin</surname>
<given-names>A</given-names>
</name>
<name>
<surname>Biben</surname>
<given-names>T</given-names>
</name>
<name>
<surname>Misbah</surname>
<given-names>C</given-names>
</name>
</person-group>. <article-title>3D Numerical Simulations of Vesicle and Inextensible Capsule Dynamics</article-title>. <source>J&#x20;Comput Phys</source> (<year>2014</year>) <volume>275</volume>:<fpage>539</fpage>&#x2013;<lpage>68</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1016/j.jcp.2014.07.008</pub-id> </citation>
</ref>
<ref id="B66">
<label>66.</label>
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Pozrikidis</surname>
<given-names>C</given-names>
</name>
</person-group>. <article-title>Interfacial Dynamics for Stokes Flow</article-title>. <source>J&#x20;Comput Phys</source> (<year>2001</year>) <volume>169</volume>:<fpage>250</fpage>&#x2013;<lpage>301</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1006/jcph.2000.6582</pub-id> </citation>
</ref>
<ref id="B67">
<label>67.</label>
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Seol</surname>
<given-names>Y</given-names>
</name>
<name>
<surname>Hu</surname>
<given-names>W-F</given-names>
</name>
<name>
<surname>Kim</surname>
<given-names>Y</given-names>
</name>
<name>
<surname>Lai</surname>
<given-names>M-C</given-names>
</name>
</person-group>. <article-title>An Immersed Boundary Method for Simulating Vesicle Dynamics in Three Dimensions</article-title>. <source>J&#x20;Comput Phys</source> (<year>2016</year>) <volume>322</volume>:<fpage>125</fpage>&#x2013;<lpage>41</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1016/j.jcp.2016.06.035</pub-id> </citation>
</ref>
<ref id="B68">
<label>68.</label>
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Guckenberger</surname>
<given-names>A</given-names>
</name>
<name>
<surname>Gekle</surname>
<given-names>S</given-names>
</name>
</person-group>. <article-title>Theory and Algorithms to Compute Helfrich Bending Forces: A Review</article-title>. <source>J&#x20;Phys Condens Matter</source> (<year>2017</year>) <volume>29</volume>:<fpage>203001</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1088/1361-648X/aa6313</pub-id> </citation>
</ref>
<ref id="B69">
<label>69.</label>
<citation citation-type="book">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Meyer</surname>
<given-names>M</given-names>
</name>
<name>
<surname>Desbrun</surname>
<given-names>M</given-names>
</name>
<name>
<surname>Schr&#xf6;der</surname>
<given-names>P</given-names>
</name>
<name>
<surname>Barr</surname>
<given-names>AH</given-names>
</name>
</person-group>. <article-title>Discrete Differential-Geometry Operators for Triangulated 2-manifolds</article-title>. In: <source>Visualization and Mathematics III</source>. <publisher-name>Springer</publisher-name> (<year>2003</year>) p. <fpage>35</fpage>&#x2013;<lpage>57</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1007/978-3-662-05105-4_2</pub-id> </citation>
</ref>
<ref id="B70">
<label>70.</label>
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Ruprecht</surname>
<given-names>V</given-names>
</name>
<name>
<surname>Wieser</surname>
<given-names>S</given-names>
</name>
<name>
<surname>Callan-Jones</surname>
<given-names>A</given-names>
</name>
<name>
<surname>Smutny</surname>
<given-names>M</given-names>
</name>
<name>
<surname>Morita</surname>
<given-names>H</given-names>
</name>
<name>
<surname>Sako</surname>
<given-names>K</given-names>
</name>
<etal/>
</person-group> <article-title>Cortical Contractility Triggers a Stochastic Switch to Fast Amoeboid Cell Motility</article-title>. <source>Cell</source> (<year>2015</year>) <volume>160</volume>:<fpage>673</fpage>&#x2013;<lpage>85</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1016/j.cell.2015.01.008</pub-id> </citation>
</ref>
<ref id="B71">
<label>71.</label>
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Guckenberger</surname>
<given-names>A</given-names>
</name>
<name>
<surname>Gekle</surname>
<given-names>S</given-names>
</name>
</person-group>. <article-title>A Boundary Integral Method with Volume-Changing Objects for Ultrasound-Triggered Margination of Microbubbles</article-title>. <source>J&#x20;Fluid Mech</source> (<year>2018</year>) <volume>836</volume>:<fpage>952</fpage>&#x2013;<lpage>97</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1017/jfm.2017.836</pub-id> </citation>
</ref>
<ref id="B72">
<label>72.</label>
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Khoromskaia</surname>
<given-names>D</given-names>
</name>
<name>
<surname>Salbreux</surname>
<given-names>G</given-names>
</name>
</person-group>. <article-title>Active Morphogenesis of Epithelial Shells</article-title>. <comment>in preparation</comment> (<year>2021</year>). </citation>
</ref>
<ref id="B73">
<label>73.</label>
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Barrera</surname>
<given-names>RG</given-names>
</name>
<name>
<surname>Estevez</surname>
<given-names>GA</given-names>
</name>
<name>
<surname>Giraldo</surname>
<given-names>J</given-names>
</name>
</person-group>. <article-title>Vector Spherical Harmonics and Their Application to Magnetostatics</article-title>. <source>Eur J&#x20;Phys</source> (<year>1985</year>) <volume>6</volume>:<fpage>287</fpage>&#x2013;<lpage>94</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1088/0143-0807/6/4/014</pub-id> </citation>
</ref>
</ref-list>
</back>
</article>