We carry out a preliminary group classification of the following family of non-linear wave equations u_tt =f(u_x)u_xx+g(u_x)+x. We first re-obtain the principal Lie algebra obtained by Ibragimov et al[3) and then construct the equivalence Lie algebra. In order to partially classify this family of wave equations, optimal systems of one-dimensional sub-algebras of the equivalence Lie algebra are constructed and in so doing, two distinct equations are obtained. We furthermore determine some invariant solutions of these equations. / Thesis (MSc. Mathematics) North-West University, Mafikeng Campus, 2003

Orientador: João Alberto Venegas Requena / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Civil, Arquitetura e Urbanismo / Made available in DSpace on 2018-08-24T08:57:31Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Leitao_GilesBortolon_M.pdf: 2415614 bytes, checksum: c72f6dbca268737bcbe1fb87e8b8a236 (MD5) Previous issue date: 2014 / Resumo: Este trabalho trata da análise numérica de segunda ordem de pórticos planos de estruturas de aço. A norma brasileira ABNT NBR8800:2008 recomenda o uso de análise de segunda ordem para qualquer estrutura sempre que os deslocamentos afetarem de forma significativa os seus esforços internos, e apresenta um processo analítico simplificado para obter a análise de segunda ordem de pórticos planos de estruturas de aço. Como se trata de um processo analítico e aproximado, além de trabalhoso, propõe-se neste trabalho um processo numérico de análise de segunda ordem, utilizando o processo das funções de rigidez com a hipótese dos pequenos deslocamentos, com a finalidade de determinar os esforços para verificação de perfis de pórticos planos, de forma rápida, precisa e automática. Utilizaram-se as simplificações da norma brasileira para a consideração das imperfeições iniciais geométricas e de material. Desenvolveu-se também, dentro do programa, a verificação de perfis laminados de aço para análise de primeira e segunda ordem. Exemplos de pórticos são apresentados para validação dos resultados dos esforços obtidos numericamente pelo programa de computador desenvolvido e para compará-los com os obtidos pelo método de cálculo analítico simplificado indicado pela referida norma / Abstract: This work approaches numerical second order analysis for steel plane frames. The Brazilian standard ABNT NBR8800:2008 specifies use of second order analysis for any structure where the displacements significantly affect their internal forces and presents a simplified analytical process to obtain second order analysis for steel plane frames. As it is a laborious approximated analytical process, it is proposed in this work a numerical second order analysis method, using rigidity functions process, with hypothesis of small displacements, in order to determine the forces to design plane frames profiles, by a quickly, accurately and automatically way. It was used simplifications of the Brazilian standard for consideration of initial geometric and material imperfections. Also, it was developed inside the software, verification of hot rolled steel profiles for first and second order analysis. Frame examples are presented to validate the results of efforts obtained numerically by the developed software and to compare them with those obtained by the simplified analytical method presented in the standard. / Mestrado / Estruturas / Mestre em Engenharia Civil

O escoamento estratificado óleo-água é comum na indústria de petróleo, em particular em poços direcionais e oleodutos. Estudos recentes mostram que o fenômeno de transição de padrões de escoamento de fases separadas pode estar relacionado à estrutura ondulatória da interface do escoamento (problema de estabilidade hidrodinâmica). A transição do padrão estratificado ao padrão estratificado com mistura na interface foi estudada por diversos autores sendo que a física envolvida está clara, e o fenômeno ocorre pelo arrancamento de gotículas da crista da onda interfacial. Técnicas baseadas na análise temporal da estabilidade hidrodinâmica para a proposição de critérios de transição são comumente encontradas na literatura. Entretanto, para certas condições de escoamento, foi observado que o padrão de escoamento estratificado muda ao longo da tubulação. O escoamento adentra a tubulação como estratificado ondulado e alguns diâmetros após a entrada ocorre a transição para o padrão bolhas alongadas. Foi também observado que o ponto no espaço em que o fenômeno ocorre varia com a elevação ou decréscimo das velocidades superficiais das fases. Aparentemente, tal fenômeno ocorre devido a efeitos de tensão interfacial e ângulo de contato. O modelo de dois fluidos unidimensional, a teoria da estabilidade hidrodinâmica linear (análise espacial) e dados experimentais das propriedades da onda interfacial são utilizados para estudo do escoamento, levando a um novo critério de transição em função da velocidade da onda interfacial. O fenômeno de transição espacial do padrão estratificado ocorre fora da região delimitada como estável pela teoria linear; assim, efeitos não lineares são predominantes e uma teoria que leve em consideração tais efeitos se faz necessária. O método das características foi utilizado e buscou-se prever o ponto no espaço em que a transição ocorre. O estudo experimental foi realizado em montagem experimental do Laboratório de Engenharia Térmica e Fluidos; dados experimentais permitiram a obtenção de uma nova carta de fluxo óleo-água e propriedades da onda interfacial. As comparações entre dados e previsões dos modelos são encorajadoras. / The stratified oil-water flow pattern is of common occurrence in the petroleum industry, especially in offshore directional wells and pipelines. Previous studies have shown that the phenomenon of flow pattern transition in stratified flow can be related to the interfacial wave structure (problem of hydrodynamic instability). The transition from stratified flow to stratified with mixture at the interface has been studied by several authors and the physics behind the phenomenon has been already explained, basically by the tearing of droplets from the interfacial wave crest. Techniques based on a temporal analysis of the hydrodynamic stability for the proposition of transition criteria are often found in the literature. However, at certain inlet flow conditions, it was observed that the flow pattern changes along the test line. The flow enters the test line as wavy stratified flow and then, several diameters from the pipe inlet, the transition to elongated-bubbles flow occurs. It was also observed that the location where the transition occurs also changes depending on the phases superficial velocities. It seems that this phenomenon occurs due to interfacial tension and contact angle effects. The one-dimensional two-fluid model, linear stability theory (spatial approach) and experimental data of the interfacial wave properties are used to study the flow and a new transition criterion based on the wave celerity is proposed. The stratified-flow spatial transition occurred outside the region delimitated as stable by the linear theory; so nonlinear effects are prominent. The method of characteristics was used as an attempt to predict the point in space at which the transition occurs. The experimental work was done at the experimental facility of the Thermal-fluids Engineering Laboratory; experimental data allowed a new oil-water flow map and interfacial wave properties were acquired. The agreement between data and prediction is encouraging.

Este trabalho tem como objetivo apresentar soluções de sistemas não-lineares com raízes múltiplas, através de um algoritmo híbrido. Para esta finalidade foi desenvolvido e implementado um algoritmo de busca aleatória baseado no método proposto por Luus e Jaakola (1973) como etapa de busca aleatória dos pontos iniciais, que são refinados através do algoritmo de Hooke e Jeeves. O diferencial deste trabalho foi propor um algoritmo híbrido, utilizando as características dos algoritmos Luus-Jaakola e Hooke e Jeeves como etapas de busca e refinamento respectivamente. Para isso, os algoritmos acima são encapsulados em funções no algoritmo híbrido. Além destas duas etapas, o algoritmo híbrido possui duas outras características importantes, que é a execução repetida até que se alcance um número suficiente de soluções distintas, que são então submetidas a um processo de classificação de soluções por intervalo, onde cada intervalo gera um conjunto de soluções próximas, que por sua vez, são submetidas à etapa final de minimização, resultando em apenas um valor de solução por classe. Desta forma cada classe produz uma única solução, que faz parte do conjunto final de soluções do problema, pois este algoritmo é aplicado a problemas com múltiplas soluções. Então, o algoritmo híbrido desenvolvido foi testado, tendo como padrão, vários problemas clássicos de programação não-linear, em especial os problemas irrestritos com múltiplas soluções. Após os testes, os resultados foram comparados com o algoritmo Luus-Jaakola, e o Método de Newton Intervalar / Bisseção Generalizada (IN/GB - Interval Newton/Generalized Bisection), com a finalidade de se obter uma análise quantitativa e qualitativa de seu desempenho. Por fim comprovou-se que o algortimo Híbrido obteve resultados superiores quando comparados com os demais. / This paper aims to present solutions for nonlinear systems with multiple roots, using a hybrid algorithm. For this purpose was developed and implemented an algorithm based on random search method proposed by Luus and Jaakola (1973) as a step in search of random starting points, which will be refined through the algorithm of Hooke and Jeeves. The differential of this work is to propose a hybrid algorithm, using the characteristics of the Luus-Jaakola algorithm and Hooke and Jeeves as a search and refinement stages respectively. For this, the above algorithms are encapsulated in functions in the hybrid algorithm. Besides these two steps, the hybrid algorithm has two other important characteristics, which is the execution repeated until to reach a sufficient number of distinct solutions, which is then undergo a process of classification of solutions by interval, where each interval generates a set solutions to close, which in turn is subject to the final stage of minimization, resulting in only one value per class of solution. Thus each class provides a unique solution, which is part of the final set of solutions of the problem, because this algorithm is applied to problems with multiple solutions. So, the hybrid algorithm developed was tested, with the standard, several problems of classical non-linear programming, in particular the unrestricted problems with multiple solutions. After the tests, the results were compared with algorithm Luus-Jaakola, and the Interval Newton/Generalized Bisection method (IN/GB), in order to obtain a quantitative and qualitative analysis of their performance. Finally it was found that the hybrid algortimo achieved higher when compared to the others.

Este trabalho tem como objetivo apresentar soluções de sistemas não-lineares com raízes múltiplas, através de um algoritmo híbrido. Para esta finalidade foi desenvolvido e implementado um algoritmo de busca aleatória baseado no método proposto por Luus e Jaakola (1973) como etapa de busca aleatória dos pontos iniciais, que são refinados através do algoritmo de Hooke e Jeeves. O diferencial deste trabalho foi propor um algoritmo híbrido, utilizando as características dos algoritmos Luus-Jaakola e Hooke e Jeeves como etapas de busca e refinamento respectivamente. Para isso, os algoritmos acima são encapsulados em funções no algoritmo híbrido. Além destas duas etapas, o algoritmo híbrido possui duas outras características importantes, que é a execução repetida até que se alcance um número suficiente de soluções distintas, que são então submetidas a um processo de classificação de soluções por intervalo, onde cada intervalo gera um conjunto de soluções próximas, que por sua vez, são submetidas à etapa final de minimização, resultando em apenas um valor de solução por classe. Desta forma cada classe produz uma única solução, que faz parte do conjunto final de soluções do problema, pois este algoritmo é aplicado a problemas com múltiplas soluções. Então, o algoritmo híbrido desenvolvido foi testado, tendo como padrão, vários problemas clássicos de programação não-linear, em especial os problemas irrestritos com múltiplas soluções. Após os testes, os resultados foram comparados com o algoritmo Luus-Jaakola, e o Método de Newton Intervalar / Bisseção Generalizada (IN/GB - Interval Newton/Generalized Bisection), com a finalidade de se obter uma análise quantitativa e qualitativa de seu desempenho. Por fim comprovou-se que o algortimo Híbrido obteve resultados superiores quando comparados com os demais. / This paper aims to present solutions for nonlinear systems with multiple roots, using a hybrid algorithm. For this purpose was developed and implemented an algorithm based on random search method proposed by Luus and Jaakola (1973) as a step in search of random starting points, which will be refined through the algorithm of Hooke and Jeeves. The differential of this work is to propose a hybrid algorithm, using the characteristics of the Luus-Jaakola algorithm and Hooke and Jeeves as a search and refinement stages respectively. For this, the above algorithms are encapsulated in functions in the hybrid algorithm. Besides these two steps, the hybrid algorithm has two other important characteristics, which is the execution repeated until to reach a sufficient number of distinct solutions, which is then undergo a process of classification of solutions by interval, where each interval generates a set solutions to close, which in turn is subject to the final stage of minimization, resulting in only one value per class of solution. Thus each class provides a unique solution, which is part of the final set of solutions of the problem, because this algorithm is applied to problems with multiple solutions. So, the hybrid algorithm developed was tested, with the standard, several problems of classical non-linear programming, in particular the unrestricted problems with multiple solutions. After the tests, the results were compared with algorithm Luus-Jaakola, and the Interval Newton/Generalized Bisection method (IN/GB), in order to obtain a quantitative and qualitative analysis of their performance. Finally it was found that the hybrid algortimo achieved higher when compared to the others.

O escoamento estratificado óleo-água é comum na indústria de petróleo, em particular em poços direcionais e oleodutos. Estudos recentes mostram que o fenômeno de transição de padrões de escoamento de fases separadas pode estar relacionado à estrutura ondulatória da interface do escoamento (problema de estabilidade hidrodinâmica). A transição do padrão estratificado ao padrão estratificado com mistura na interface foi estudada por diversos autores sendo que a física envolvida está clara, e o fenômeno ocorre pelo arrancamento de gotículas da crista da onda interfacial. Técnicas baseadas na análise temporal da estabilidade hidrodinâmica para a proposição de critérios de transição são comumente encontradas na literatura. Entretanto, para certas condições de escoamento, foi observado que o padrão de escoamento estratificado muda ao longo da tubulação. O escoamento adentra a tubulação como estratificado ondulado e alguns diâmetros após a entrada ocorre a transição para o padrão bolhas alongadas. Foi também observado que o ponto no espaço em que o fenômeno ocorre varia com a elevação ou decréscimo das velocidades superficiais das fases. Aparentemente, tal fenômeno ocorre devido a efeitos de tensão interfacial e ângulo de contato. O modelo de dois fluidos unidimensional, a teoria da estabilidade hidrodinâmica linear (análise espacial) e dados experimentais das propriedades da onda interfacial são utilizados para estudo do escoamento, levando a um novo critério de transição em função da velocidade da onda interfacial. O fenômeno de transição espacial do padrão estratificado ocorre fora da região delimitada como estável pela teoria linear; assim, efeitos não lineares são predominantes e uma teoria que leve em consideração tais efeitos se faz necessária. O método das características foi utilizado e buscou-se prever o ponto no espaço em que a transição ocorre. O estudo experimental foi realizado em montagem experimental do Laboratório de Engenharia Térmica e Fluidos; dados experimentais permitiram a obtenção de uma nova carta de fluxo óleo-água e propriedades da onda interfacial. As comparações entre dados e previsões dos modelos são encorajadoras. / The stratified oil-water flow pattern is of common occurrence in the petroleum industry, especially in offshore directional wells and pipelines. Previous studies have shown that the phenomenon of flow pattern transition in stratified flow can be related to the interfacial wave structure (problem of hydrodynamic instability). The transition from stratified flow to stratified with mixture at the interface has been studied by several authors and the physics behind the phenomenon has been already explained, basically by the tearing of droplets from the interfacial wave crest. Techniques based on a temporal analysis of the hydrodynamic stability for the proposition of transition criteria are often found in the literature. However, at certain inlet flow conditions, it was observed that the flow pattern changes along the test line. The flow enters the test line as wavy stratified flow and then, several diameters from the pipe inlet, the transition to elongated-bubbles flow occurs. It was also observed that the location where the transition occurs also changes depending on the phases superficial velocities. It seems that this phenomenon occurs due to interfacial tension and contact angle effects. The one-dimensional two-fluid model, linear stability theory (spatial approach) and experimental data of the interfacial wave properties are used to study the flow and a new transition criterion based on the wave celerity is proposed. The stratified-flow spatial transition occurred outside the region delimitated as stable by the linear theory; so nonlinear effects are prominent. The method of characteristics was used as an attempt to predict the point in space at which the transition occurs. The experimental work was done at the experimental facility of the Thermal-fluids Engineering Laboratory; experimental data allowed a new oil-water flow map and interfacial wave properties were acquired. The agreement between data and prediction is encouraging.

Motion of ions under the influence of electric field has been a subject of scientific interest for many decades. Capillary electrophoresis in particular benefited greatly from this research and mathematical models of electromigration applicable to capillary electrophoresis have been developed. As the sophistication of the models grew, so did the computational demands to evaluate them. In order to fully exploit the possibilities of advanced mathematical models a computer implementation capable of solving non-trivial problems at sufficient speed is necessary. This dissertation thesis explores applications of computer implementations of mathematical models re- lated to electromigration in two different areas. The main focus of this thesis is on the topic of linear theory of electromigration. We discuss the extension of the linear theory of electromigration beyond of just acid-base equilibria and computer implementation of this extented theory which is specialized to include complex-forming equilibria in order to be able to deal with affinity capillary electrophoresis prob- lems. Some technical aspects of the computer implementation are also discussed. This is followed upon by investigating certain selected affinity capillary electrophoresis systems. The purpose of this investi- gation is to re-derive...

The goal of this work is to develop and demonstrate a comprehensive analysis of single and multi-body composite strip-beam systems using an asymptotically-correct geometrically nonlinear theory. The comprehensiveness refers to the two distinguishing features of this work, namely the unified framework for the analysis and the inclusion of the usually ignored cross-sectional nonlinearities in thin-beam and multi-beam analyses. The first part of this work stitches together an approach to analyse generally anisotropic composite beams. Based on geometrically exact nonlinear elasticity theory, the nonlinear 3-D beam problem splits into either a linear (conventionally considered) or nonlinear (considered in this work) 2-D analysis of the beam cross-section and a nonlinear 1-D analysis along the beam reference curve. The two sub-tasks of this work (viz. nonlinear analysis of the beam cross-section and nonlinear beam analysis) are accomplished on a single platform using an object-oriented framework. First, two established nonlinear cross-sectional analyses (numerical and analytical), both based on the Variational-Asymptotic Method (VAM), are invoked. The numerical analysis is capable of treating cross-sections of arbitrary geometry and material distributions and can capture certain nonlinear effects such as the trapeze effect. The closed-form analytical analysis is restricted to thin rectangular cross-sections for generally anisotropic composites but captures ALL cross-sectional nonlinearities, and not just the well-known Brazier and trapeze effects. Second, the well-established geometrically-exact nonlinear 1-D governing equations along the beam reference curve, after being generalized to utilize the expressions for nonlinear stiffness matrix, are solved using the mixed variational finite element method. Finally, local 3-D stress, strain and displacement fields for representative sections in the beam are recovered, based on the stress resultants from the 1-D global beam analysis. This part of the work is then validated by applying it to an initially twisted cantilevered laminated composite strip under axial force. The second part is concerned with the dynamic analysis of nonlinear multi-body systems involving elastic strip-like beams made of laminated, anisotropic composite materials using an object-oriented framework. In this work, unconditionally stable time-integration schemes presenting high-frequency numerical dissipation are used to solve the ensuing governing equations. The codes developed based on such time-integration schemes are first validated with the literature for two standard test cases: non-linear spring mass oscillator and pendulum. In order to apply the comprehensive analysis code thus developed to a multi-body system, the four-bar mechanism is chosen as an example. All component bars of the mechanism have thin rectangular cross-sections and are made of fiber reinforced laminates of various types of layups. They could, in general, be pre-twisted and/or possess initial curvature, either by design or by defect. They are linked to each other by means of revolute joints. Each component of the mechanism is modeled as a beam based on the first part of this work. Results from this analysis are compared with those available in the literature, both theoretical and experimental. The margins between the linear and non-linear results are evaluated specifically due to the cross-sectional nonlinearities and shown to vary with stacking sequences. This work thus demonstrates the importance of geometrically nonlinear cross-sectional analysis of certain composite beam-based four-bar mechanisms in predicting system dynamic characteristics. To enable graphical visualization, the behavior of the four-bar mechanism is also observed by using commercial software (I-DEAS + NASTRAN + ADAMS). Finally, the component-laminate load-carrying capacity is estimated using the Tsai-Wu-Hahn failure criterion for various layups and the same criterion is used to predict the first-ply-failure and the mechanism as a whole.