In this paper, differential transform method (DTM) is considered to obtain solution to the generalized Fisher's equation. This method is easy to apply and because of high level of accuracy can be used to solve other linear and nonlinear problems. Furthermore, is capable of reducing the size of computational work. In the present work, the generalization of the two-dimensional transform method that is based on generalized Taylor's formula is applied to solve the generalized Fisher equation and numerical example demonstrates the accuracy of the present method.
Journal of the Korean Society for Industrial and Applied Mathematics
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v.23
no.4
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pp.283-300
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2019
In this paper, we propose a new semi-analytic approach based on the generalized Taylor series for solving nonlinear differential equations of fractional order. Assuming the solution is expanded as the generalized Taylor series, the coefficients of the series can be computed by solving the corresponding recursive relation of the coefficients which is generated by the given problem. This method is called the generalized differential transform method(GDTM). In several literatures the standard GDTM was applied in each sub-domain to obtain an accurate approximation. As noticed in [19], however, a direct application of the GDTM in each sub-domain loses a term of memory which causes an inaccurate approximation. In this work, we derive a new recursive relation of the coefficients that reflects an effect of memory. Several illustrative examples are demonstrated to show the effectiveness of the proposed method. It is shown that the proposed method is robust and accurate for solving nonlinear differential equations of fractional order.
This research article deals with the Mittag-Leffler-Hyers-Ulam stability of linear and impulsive fractional order differential equation which involves the Caputo derivative. The application of the generalized fractional Fourier transform method and fixed point theorem, evaluates the existence, uniqueness and stability of solution that are acquired for the proposed non-linear problems on Lizorkin space. Finally, examples are introduced to validate the outcomes of main result.
Finding a solution for the Legendre equation is difficult. Especially if it is as a part of the Laplace equation solving in the electric fields. In this paper, first a problem of the generalized differential transform method (GDTM) is solved by the Sturm-Liouville equation, then the Legendre equation is solved by using it. To continue, the approximate solution is compared with the nth-degree Legendre polynomial for obtaining the inner and outer potential of a sphere. This approximate is more accurate than the previous solutions, and is closer to an ideal potential in the intervals.
This paper provides a new technique for solving the static analysis of arbitrarily shaped composite plates by using Strong Formulation Finite Element Method (SFEM). Several papers in literature by the authors have presented the proposed technique as an extension of the classic Generalized Differential Quadrature (GDQ) procedure. The present methodology joins the high accuracy of the strong formulation with the versatility of the well-known Finite Element Method (FEM). The continuity conditions among the elements is carried out by the compatibility or continuity conditions. The mapping technique is used to transform both the governing differential equations and the compatibility conditions between two adjacent sub-domains into the regular master element in the computational space. The numerical implementation of the global algebraic system obtained by the technique at issue is easy and straightforward. The main novelty of this paper is the application of the stress and strain recovery once the displacement parameters are evaluated. Computer investigations concerning a large number of composite plates have been carried out. SFEM results are compared with those presented in literature and a perfect agreement is observed.
Large numbers of submarine pipelines are laid as the world now is attaching great importance to offshore oil exploitation. Free spanning of submarine pipelines may be caused by seabed unevenness, change of topology, artificial supports, etc. By combining Iwan's wake oscillator model with the differential equation which describes the vibration behavior of free-span submarine pipelines, the pipe-fluid coupling equation is developed and solved in order to study the effect of both internal and external fluid on the vibration behavior of free-span submarine pipelines. Through generalized integral transform technique (GITT), the governing equation describing the transverse displacement is transformed into a system of second-order ordinary differential equations (ODEs) in temporal variable, eliminating the spatial variable. The MATHEMATICA built-in function NDSolve is then used to numerically solve the transformed ODE system. The good convergence of the eigenfunction expansions proved that this method is applicable for predicting the dynamic response of free-span pipelines subjected to both internal flow and external current.
A new modeling and analysis technique for one-dimensional distributed parameter systems is presented. First. discretized equations of motion in Laplace domain are derived by applying discretization methods for partial differential equations of a one-dimensional structure with respect to spatial coordinate. Secondly. the z and inverse z transformations are applied to the discretized equations of motion for obtaining a dynamic matrix for a uniform element. Four different discretization methods are tested with an example. Finally, taking infinite on the number of step for a uniform element leads to an exact dynamic matrix for the uniform element. A generalized modal analysis procedure for eigenvalue analysis and modal expansion is also presented. The resulting element dynamic matrix is tested with a numerical example. Another application example is provided to demonstrate the applicability of the proposed method.
The objective of this article is investigation of dynamic response of thick multilayer functionally graded (FG) beam under generalized dynamic forces. The plane stress problem is exploited to describe the constitutive equation of thick FG beam to get realistic and accurate response. Applied dynamic forces are assumed to be sinusoidal harmonic, sinusoidal pulse or triangle in time domain and point load. Equations of motion of deep FG beam are derived based on the Hamilton principle from kinematic relations and constitutive equations of plane stress problem. The numerical finite element procedure is adopted to discretize the space domain of structure and transform partial differential equations of motion to ordinary differential equations in time domain. Numerical time integration method is used to solve the system of equations in time domain and find the time responses. Numerical parametric studies are performed to illustrate effects of force type, graduation parameter, geometrical and stacking sequence of layers on the time response of deep multilayer FG beams.
Journal of the Computational Structural Engineering Institute of Korea
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v.13
no.1
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pp.37-49
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2000
This paper is for the first essential study on the development of unified finite element formulations for solving problems related to the dynamics/thermoelastics behavior of solids. In the first part of formulations, the finite element method is based on the introduction of a new quantity defined as heat displacement, which allows the heat conduction equations to be written in a form equivalent to the equation of motion, and the equations of coupled thermoelasticity to be written in a unified form. The equations obtained are used to express a variational formulation which, together with the concept of generalized coordinates, yields a set of differential equations with the time as an independent variable. Using the Laplace transform, the resulting finite element equations are described in the transform domain. In the second, the Laplace transform is applied to both the equation of heat conduction derived in the first part and the equations of motions and their corresponding boundary conditions, which is referred to the transformed equation. Selections of interpolation functions dependent on only the space variable and an application of the weighted residual method to the coupled equation result in the necessary finite element matrices in the transformed domain. Finally, to prove the validity of two approaches, a comparison with one finite element equation and the other is made term by term.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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