In this work, we present the theoretical formulation, operator split solution procedure and partitioned software development for the coupled thermomechanical systems. We consider the general case with nonlinear evolution for each sub-system (either mechanical or thermal) with dedicated time integration scheme for each sub-system. We provide the condition that guarantees the stability of such an operator split solution procedure for fully nonlinear evolution of coupled thermomechanical system. We show that the proposed solution procedure can accommodate different evolution time-scale for different sub-systems, and allow for different time steps for the corresponding integration scheme. We also show that such an approach is perfectly suitable for parallel computations. Several numerical simulations are presented in order to illustrate very satisfying performance of the proposed solution procedure and confirm the theoretical speed-up of parallel computations, which follow from the adequate choice of the time step for each sub-problem. This work confirms that one can make the most appropriate selection of the time step with respect to the characteristic time-scale, carry out the separate computations for each sub-system, and then enforce the coupling to preserve the stability of the operator split computations. The software development strategy of direct linking the (existing) codes for each sub-system via Component Template Library (CTL) is shown to be perfectly suitable for the proposed approach.
Numerical solutions for the fractional differential dispersion equations with nonlinear forcing terms are considered. The backward Euler finite difference scheme is applied in order to obtain numerical solutions for the equation. Existence and stability of the approximate solutions are carried out by using the right shifted Grunwald formula for the fractional derivative term in the spatial direction. Error estimate of order $O({\Delta}x+{\Delta}t)$ is obtained in the discrete $L_2$ norm. The method is applied to a linear fractional dispersion equations in order to see the theoretical order of convergence. Numerical results for a nonlinear problem show that the numerical solution approach the solution of classical diffusion equation as fractional order approaches 2.
Soliton solutions of a class of generalized nonlinear evo-lution equations are discussed analytically and numerically which is achieved using a travelling wave method to formulate one-soliton solution and the finite difference method to the numerical dolutions and the interactions between the solitons for the generalized nonlinear Schrodinger equations. The characteristic behavior of the nonlinear-ity admitted in the system has been investigated and the soliton state of the system in the limit of $\alpha\;\longrightarrow\;0$ and $\alpha\;\longrightarrow\;\infty$ has been studied. The results presented show that soliton phenomena are character-istics associated with the nonlinearities of the dynamical systems.
The well-known Vlasov-Poisson equation describes plasma physics as nonlinear first-order partial differential equations. Because of the nonlinear condition from the self consistency of the Vlasov-Poisson equation, many problems occur: the existence, the numerical solution, the convergence of the numerical solution, and so on. To solve the problems, a viscosity term (a second-order partial differential equation) is added. In a viscosity term, the Vlasov-Poisson equation changes into a parabolic equation like the Fokker-Planck equation. Therefore, the Schauder fixed point theorem and the classical results on parabolic equations can be used for analyzing the Vlasov-Poisson equation. The sequence and the convergence results are obtained from linearizing the Vlasove-Poisson equation by using a fixed point theorem and Gronwall's inequality. In numerical experiments, an implicit first-order scheme is used. The numerical results are tested using the changed viscosity terms.
Model-based, data-driven and physics-based approaches represent the state-of-the-art techniques to estimate the aircraft flow angles, angle-of-attack and angle-of-sideslip, in avionics. Thanks to sensor fusion techniques, a synthetic sensor is able to provide estimation of flow angles without any dedicated physical sensors. The work deals with a physics-based scheme derived from flight mechanic theory that leads to a nonlinear flow angle model. Even though several solvers can be adopted, nonlinear models can be replaced with less accurate but straightforward ones in practical applications. The present work proposes a linearisation to obtain the flow angles' closed form solution that is verified using a flight simulator. The main objective of the paper, in fact, is to analyse the estimation degradation using the proposed closed form solutions with respect to the nonlinear scheme. Moreover, flight conditions, where the proposed closed form solutions are not applicable, are identified.
This paper proposes a hybrid successive over-relaxation iterative method for the numerical solution of a nonlinear diffusion in a one-dimensional porous medium. The considered mathematical model is discretized using a computational complexity reduction scheme called half-sweep finite differences. The local truncation error and the analysis of the stability of the scheme are discussed. The proposed iterative method, which uses explicit group technique and modified successive over-relaxation, is formulated systematically. This method improves the efficiency of obtaining the solution in terms of total iterations and program elapsed time. The accuracy of the proposed method, which is measured using the magnitude of absolute errors, is promising. Numerical convergence tests of the proposed method are also provided. Some numerical experiments are delivered using initial-boundary value problems to show the superiority of the proposed method against some existing numerical methods.
We present results of fully nonlinear time-dependent simulations of a thin liquid film flowing up an inclined plane. Equations of the type $h_t+f_y(h) = -{\in}^3{\nabla}{\cdot}(M(h){\nabla}{\triangle}h)$ arise in the context of thin liquid films driven by a thermal gradient with a counteracting gravitational force, where h = h(x, t) is the fluid film height. A hybrid scheme is constructed for the solution of two-dimensional higher-order nonlinear diffusion equations. Problems in the fluid dynamics of thin films are solved to demonstrate the accuracy and effectiveness of the hybrid scheme.
We consider a numerical scheme for solving a nonlinear boundary integral equation (BIE) obtained by reformulation the nonlinear boundary value problem (BVP). We give a simple alternative to the standard collocation method for the nonlinear BIE. This method consists of one conventional linear system and another coupled linear system resulting from an auxiliary BIE which is obtained by differentiating both side of the nonlinear interior integral equations. We obtain an analogue BIE through the perturbation of the fundamental solution of Laplace's equation. We procure the super-convergence of approximate solutions.
In this slush pile, we introduce a new kind of variational inclusions problem stated as random extended generalized nonlinear variational inclusions for random fuzzy mappings. We construct an iterative scheme for the this variational inclusion problem and also discuss the existence of random solutions for the problem. Further, we show that the approximate solutions achieved by the generated scheme converge to the required solution of the problem.
The generalized displacement method is a nonlinear solution scheme that follows the equilibrium path of the structure based on the development of the generalized displacement. This method traces the path uniformly with a constant amount of generalized displacement. In this article, we first develop higher-order generalized displacement methods based on multi-point techniques. According to the concept of generalized stiffness, a relation is proposed to adjust the generalized displacement during the path-following. This formulation provides the possibility to change the amount of generalized displacement along the path due to changes in generalized stiffness. We, then, introduce higher-order algorithms of variable generalized displacement method using multi-point methods. Finally, we demonstrate with numerical examples that the presented algorithms, including multi-point generalized displacement methods and multi-point variable generalized displacement methods, are capable of following the equilibrium path. A comparison with the arc length method, generalized displacement method, and multi-point arc-length methods illustrates that the adjustment of generalized displacement significantly reduces the number of steps during the path-following. We also demonstrate that the application of multi-point methods reduces the number of iterations.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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