This paper investigates the issue of analytic travelling wave solutions for some important coupled models of fractional order. Analytic travelling wave solutions of the considered model are found by means of the Q-function method. The results give us that the Q-function method is very simple, reliable and effective for searching analytic exact solutions of complex nonlinear partial differential equations.
Nonlinear partial differential equations are more suitable to model many physical phenomena in science and engineering. In this paper, we consider three nonlinear partial differential equations such as Novikov equation, an equation for surface water waves and the Geng-Xue coupled equation which serves as a model for the unidirectional propagation of the shallow water waves over a at bottom. The main objective in this paper is to apply the generalized Riccati equation mapping method for obtaining more exact traveling wave solutions of Novikov equation, an equation for surface water waves and the Geng-Xue coupled equation. More precisely, the obtained solutions are expressed in terms of the hyperbolic, the trigonometric and the rational functional form. Solutions obtained are potentially significant for the explanation of better insight of physical aspects of the considered nonlinear physical models.
We develop a mathematical model of heat emission on the epidermis of a human body. We present a global existence theorem of solutions for a nonlinear model system of coupled partial differential equations.
Abrar, Muhammad N.;Haq, Rizwan Ul;Awais, Muhammad;Rashid, Irfan
Nuclear Engineering and Technology
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v.49
no.8
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pp.1680-1688
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2017
In this study, analysis is performed on entropy generation during cilia transport of water based titanium dioxide nanoparticles in the presence of viscous dissipation. Moreover, thermal heat flux is considered at the surface of a channel with ciliated walls. Mathematical formulation is constructed in the form of nonlinear partial differential equations. Making use of suitable variables, the set of partial differential equations is reduced to coupled nonlinear ordinary differential equations. Closed form exact solutions are obtained for velocity, temperature, and pressure gradient. Graphical illustrations for emerging flow parameters, such as Hartmann number (Ha), Brinkmann number (Br), radiation parameter (Rn), and flow rate, have been prepared in order to capture the physical behavior of these parameters. The main goal (i.e., the minimizing of entropy generation) of the second law of thermodynamics can be achieved by decreasing the magnitude of Br, Ha and ${\Lambda}$ parameters.
The applicability of a novel incremental-iterative technique with 2D differential/integral quadrature method (DIQM) in analyzing the nonlinear behavior of Bi-directional functionally graded (BDFG) porous plate based on neutral surface is verified in the present works. A formulation of four variables high shear deformation theory is used to describe the kinematic relations with respect to neutral surface rather than mid-plane. Bi-directional material distributions are presented by power functions through both thickness and axial directions. Porosities and voids are distributed by different cosine functions. The large deformations are included within the sense of nonlinear von Kármán strains. The integro-differential equilibrium equations with associated modified boundary conditions are solved numerically and iteratively by using 2D DIQM. Model validations and parametric analysis are depicted to present the influence of neutral axis, nonlinear strains, gradation indices, elastic foundations, and modified boundary conditions on the static deflection in addition to normal and shear stresses. The proposed model is effective in analyzing the static behavior of many real applications in nuclear reactors, marine and aerospace structures with large deformations.
The non-linear static and dynamic response of doubly curved thin isotropic shells has been studied for the step and sinusoidal loadings. Dynamic analogues Von Karman-Donnel type shell equations are used. Clamped immovable and simply supported immovable boundary conditions are considered. The governing nonlinear partial differential equations of the shell are discretized in space and time domains using the harmonic differential quadrature (HDQ) and finite differences (FD) methods, respectively. The accuracy of the proposed HDQ-FD coupled methodology is demonstrated by the numerical examples. Numerical examples demonstrate the satisfactory accuracy, efficiency and versatility of the presented approach.
Three dimensional coupled bending-torsion dynamic vibrations of thin-walled open section beam subjected to moving vehicle are investigated by transfer matrix method. Through adopting the idea of Newmark-${\beta}$ method, the partial differential equations of structural vibration can be transformed to the differential equations. Then, those differential equations are solved by transfer matrix method. An iterative scheme is proposed to deal with the coupled bending-torsion terms in the governing vibration equations. The accuracy of the presented method is verified through two numerical examples. Finally, with different eccentricities of vehicle, the torsional vibration of thin-walled open section beam and vertical and rolling vibration of truck body are investigated. It can be concluded from the numerical results that the torsional vibration of beam and rolling vibration of vehicle increase with the eccentricity of vehicle. Moreover, it can be observed that the torsional vibration of thin-walled open section beam may have a significant nonlinear influence on vertical vibration of truck body.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.27
no.1
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pp.42-47
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2003
Nonlinear models for a thin ring rotating at a constant speed are developed. The geometric nonlinearity of displacements is considered by adopting the Lagrange strain theory for the circumferential strain. By using Hamilton’s principle, the coupled nonlinear partial differential equations are derived, which describe the out-of-plane and in-plane bending, extensional and torsional motions. The natural frequencies are calculated from the linearized equations at various rotational speeds. Finally, the computation results from the nonlinear models are compared with those from a linear model. Based on the comparison, this study recommends which model is appropriate to describe the behavior of the rotating ring.
The aim of this study was to analyze the momentum and heat transfer of a rotating nanofluid with conducting spherical dust particles. The fluid flows over a stretching surface under the influence of an external magnetic field. By applying similarity transformations, the governing partial differential equations were trans-formed into nonlinear coupled ordinary differential equations. These equations were solved with the built-in function bvp4c in MATLAB. Moreover, the effects of the rotation parameter ω, magnetic field parameter M, mass concentration of the dust particles α, and volume fraction of the nano particles 𝜙, on the velocity and temperature profiles of the fluid and dust particles were considered. The results agree well with those in published papers. According to the result the hikes in the rotation parameter ω decrease the local Nusselt number, and the increasing volume fraction of the nano particles 𝜙 increases the local Nusselt number. Moreover the friction factor along the x and y axes increases with increasing volume fraction of the nano particles 𝜙.
A formulation for flexible multibody systems (MBS) is investigated, where rigid MBS substructures are coupled with flexible bodies described by a nonlinear finite element (FE) approach. Several aspects that turned out to be crucial for the presented approach are discussed. The system describing equations are given in differential algebraic form (DAE), where many sophisticated solvers exist. In this paper the performance of several solvers is investigated regarding their suitability for the application to the usually highly stiff DAE. The substructures are connected with each other by nonlinear algebraic constraint equations. Further, partial derivatives of the constraints are required, which often leads to extensive algebraic trans-formations. Handcoding of analytically determined derivatives is compared to an approach utilizing algorithmic differentiation.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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