Bifurcation analysis of a circular arch under hydrostatic pressure

Summary In this paper the bifurcation analysis of a circular arch under hydrostatic pressure in the elastic postbuckling range is performed by means of a geometrically exact beam model. The relevant nonlinear field equations are solved by utilizing a perturbation technique. A number of numerical results regarding the dependence of the critical load and the second order load parameter on the geometric and mechanical parameters are plotted in diagrams.

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Sommario Nel presente lavoro si studia la biforcazione di un arco circolare soggetto a pressione idrostatica nel campo elastico facendo uso di un modello di trave cinematicamente esatto. Le corrispondenti equazioni di campo nonlineari vengono risolte utilizzando una tecnica perturbativa. Vengono riportati in diagramma una serie di risultati numerici riguardanti la dipendenza del carico critico e del parametro di carico del secondo ordine dai parametri geometrici e meccanici.

     

Transonic swirling flow in axisymmetric nozzles

Summary The transonic flow in axisymmetric choked nozzles is computed in the case of a radial distribution of tangential velocity. The flow configuration is obtained by means of a time-dependent technique. The swirling flow is achieved through a particular surface located at the inlet of the nozzle. The pressure distribution and the sonic line are presented for choked flows without or with swirling.

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Sommario Viene calcolato il flusso transonico in ugelli assialsimmetrici in condizione critica, nel caso di distribuzione radiale di velocità tangenziale.La soluzione è ottenuta numericamente tramite una tecnica instazionaria. Il flusso vorticoso viene creato attraverso una opportuna superficie all'ingresso dell'ugello. Vengono presentati i campi di pressione e la posizione della linea sonica per flussi critici, con e senza vortice.

     

A bilateral convergent bounding technique for plastic deformations

Summary For the class of elastic perfectly plastic discrete structures, subjected to a dynamic loading history, a bilateral bounding technique for plastic deformations has been studied. The computation of the bound is founded on the concept that to obtain it, any history of fictitious plastic deformations can be used, if only admissible. Such history is obtained by solving a sequence of linear programming problems (LPPs) with a multiple step compared to the step of the sequence of the quadratic programming problems (QPPs) adopting in the classic elasto-plastic analysis. The constraints of the LPPs coincide with the constraints of the QPPs, while the objective function is a linear combination of variables with suitable weight coefficients. The technique seems to require a rather reduced computational effort compared to both the stepwise analysis problem and the other bounding techniques.

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Sommario Per la classe delle strutture discrete a comportamento elastico perfettamente plastico soggette ad una assegnata storia di carico dinamico, si studia una tecnica di delimitazione bilaterale delle deformazioni plastiche. Il calcolo della quantità maggiorante si basa sul concetto che per la costruzione di essa può essere utilizzata una storia qualsiasi di deformazioni plastiche fittizie, purchè ammissibile. Tale storia viene ottenuta risolvendo una sequenza di problemi di programmazione lineare (PPL) con passo multiplo rispetto a quello della sequenza di problemi di programmazione quadratica (PPQ) della classica analisi elasto-plastica. I vincoli dei PPL coincidono con i vincoli dei PPQ, mentre la funzione obiettivo è una combinazione lineare delle variabili con coefficienti di pesatura scelti secondo un particolare criterio. La tecnica sembra richiedere un impegno computazionale alquanto ridotto sia rispetto al problema di analisi al passo, sia rispetto ad altre tecniche di delimitazione.

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Revised text of a paper presented at the Fourth Meeting of the Italian Group for Computational Mechanics, held in Padova, June 21–23, 1989.     

On the notion of state for a material system

Summary For every simple material the set of thermodinamic processes is completed by means of a special uniformity related to the dynamic material behavior and the state space topology.In such a way we are allowed to work with a complete state space so that we obtain the same results of Coleman and Owen [1] and moreover we attain to a theory where potentials are defined on the whole state space.

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Sommario Per ogni materiale semplice il relativo insieme dei processi termodinamici viene completato mediante una particolare uniformità legata alle caratteristiche dinamiche del materiale e legata anche alla topologia dello spazio degli stati.In tal modo è possibile lavorare con uno spazio di processi completo e ottenere così oltre agli stessi risultati di Coleman e Owen [1] anche una teoria dove i potenziali sono definiti su tutto lo spazio degli stati.

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Work performed under the auspices of G.N.F.M. of the C.N.R. (Consiglio Nazionale delle Ricerche).     

Shock-fitting method for two-dimensional inviscid,steady supersonic flows in ducts

Summary A numerical technique to solve the Euler equations for two-dimensional, steady, inviscid, supersonic flows in ducts is presented. The technique is second-order accurate and is based on the-scheme plus shock-fitting method. Many cases have been tested. The method used and the results obtained demonstrate the versatility of the technique specially if confronted with analogous methods that use shock-capturing techniques.

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Sommario Viene presentato un metodo numerico per l'integrazione delle equazioni di Eulero per flussi supersonici, bidimensionali, stazionari, non-viscosi in condotti. La tecnica, che possiede una accuratezza del secondo ordine, è basata sui metodi del-scheme e dello shock-fitting. Molti sono stati i casi provati. Il metodo usato ed i risultati ottenuti dimostrano la versatilità della tecnica, specialmente se confrontata con metodi analoghi che fanno uso di tecniche shock-capturing.

     

Bilateral bounds for structures under dynamic shakedown conditions

Bounds to functions of the plastic strains produced during the elastic-plastic stage of a dynamic loading process leading to shakedown can be constructed on the basis of the solution of a single, static, holonomic elastic-plastic problem. This bounding procedure is described in detail with respect to the case of periodic external loading, and the generalization to an arbitrary dynamic loading condition is provided. Simple examples illustrate the bounding effectiveness of the proposed technique.

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sommario Si mostra come sia possibile produrre delimitazioni di funzioni delle deformazioni plastiche che avvengono durante la fase iniziale di un processo dinamico che si concluda con l'adattamento in regime elastico (shakedown). Si illustra in dettaglio la procedure di delimitazione con riferimento al caso di carichi esterni periodici, e si fornisce l'estensione concettuale al caso di una condizione di carico generica. Due esempi numerici mostrano l'accuratezza e l'efficienza numerica della tecnica proposta.

     

On the energy method in the non-linear theory of thin plates

Summary The equilibrium configuration of a thin plate under normal pressure is studied. A variational non-linear treatment of the problem is considered, taking into account the bending stresses and allowing large deflections.Existence, uniqueness, and regularity of solutions are obtained.

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Sommario Si studia il problema non lineare della configurazione di equilibrio di una piastra sottile caricata normalmente nel suo piano medio, tenendo conto delle tensioni di natura flessionale e in un regime di spostamenti moderatamente grandi.Con una tecnica variazionale si studiano l'esistenza, l'unicità, e la regolarità delle soluzioni del problema.

     

Generalized wavefront expansion properties and limitations

Summary The properties of an asymptotic method for the study of the propagation of weak shock waves in hyperbolic systems are examined in detail in the simple case of the single nonlinear wave equation in one space dimension. The general features of the method are briefly recalled and a comparison between the results obtained by this method and the exact solutions obtained by the shockfitting technique is made. Under appropriate regularity assumptions the method provides an approximation of the exact solution of the desired order for short times.

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Sommario Le proprietà di un metodo asintotico per lo studio della propagazione di onde d'urto deboli in sistemi iperbolici sono esaminate in dettaglio nel semplice caso della singola equazione d'onda non lineare in una dimensione spaziale. Sono richiamate brevemente le caratteristiche generali del metodo e viene fatto un confronto fra i risultati ottenuti con questo metodo e le soluzioni esatte ottenute con la tecnica dello shock-fitting, Sotto opportune ipotesi di regolarità il metodo fomisce una approssimazione della soluzione esatta, all'ordine desiderato per piccoli tempi.

     

Direct numerical solution of the Boltzmann equation for a relaxation problem of a binary mixture of hard sphere gases

Summary The aim of the paper is the presentation of results obtained by the direct numerical solution of the Boltzmann equation in the case of a binary mixture of hard sphere gases. The system of two coupled Boltzmann equations is solved by a techique combining finite differences with the Monte Carlo evaluation of the Boltzmann collision integrals. It is shown how the technique proposed by Aristov and Tcheremissine for a single gas can be extended to a mixture. The resulting algorithm can be very well vectorized and the results of a few test calculations on the vector computer CRAY-XMP 48 are presented.

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Sommario Il presente articolo si propone la descrizione di alcuni risultati relativi ai fenomeni di rilassamento omogeneo in una miscela binaria di sfere rigide. Il sistema di equazioni di Boltzmann che regge l'evoluzione temporale delle funzioni di distribuzione dei gas componenti viene risolto numericamente con un metodo che combina l'uso di differenze finite con la valutazione dell'integrale di collisione mediante un inetodo di Monte Carlo. La tecnica presentata costituisce per alcuni aspetti la generalizzazione di quella proposta da Aristov e Tcheremissine per un singolo gas. Si evidenzia inoltre come l'algoritmo sia di per sè in massima parte vettorizzabile e si presentano alcuni risultati ottenuti sull'elaboratore vettoriale CRAY-XMP48.

     

LocalC α convergence of elliptic regularizations of parabolic equations

The solutions of elliptic regularizations of the heat equation converge to the solutions of the corresponding evolution equation in weak energy norms. The technique is of relevance in control theory as well as variational inequalities. We show that the convergence actually takes place in some Hölder space. The result holds for a class of parabolic equations in divergence form and sufficiently integrable forcing terms.

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Sommario Le soluzioni delle regolarizzanti ellittiche dell'equazione del calore, convergono alle soluzioni della corrispondente equazione di evoluzione in norme deboli dell'energia. Questa tecnica trova applicazione nelle teoric dei controlli e disuguaglianze variazionali. Si dimostra che la convergenza é forte ed ha luogo in norme Hölderiane. Il risultato si estende ad una classe di equazioni paraboliche in forma di divergenza con termini forzanti sufficientemente integrabili.

     

Dimensional synthesis of four bar linkage for function generation with velocity and acceleration constraints

Summary The dimensional synthesis of a four bar linkage for function generation, usually performed by considering only kinematic characteristics of the mechanism, may be improved by accounting also for its dynamical behavior. In the present study the maximum values of velocity and acceleration are controlled in order to limit the inertial forces, as required in the design of high-speed mechanisms. At this purpose an optimization technique, based on penalty function method, has been adopted. Several numerical results for different choices for constraints and initial design are presented and discussed.

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Sommario Il problema della sintesi dimensionale di un quadrilatero articolato per la generazione di funzioni assegnate può essere risolto in maniera completa tenendo conto non solo delle caratteristiche cinematiche del meccanismo ma anche di alcuni aspetti dinamici del suo funzionamento. In particolare nel presente studio si considerano le velocità ed accelerazioni di alcuni membri del meccanismo controllandone i valori massimi al fine di limitare l'entità delle forze d'inerzia.Questo problema di sintesi, che assume particolare importanza nel progetto di meccanismi ad altre velocità è risolto mediante una tecnica di ottimizzazione del tipo della funzione di penalità. Si presentano alcuni risultati numerici relativi a differenti condizioni di vincolo e di progetto iniziale.

     

Hyperbolicity and wave propagation in extended thermodynamics

Summary The hyperbolic system of the field equations of the Extended Thermodynamics governing the non-equilibrium thermodynamical processes of gases is studied. First, the extreme cases of strongly degenerate Fermi and Bose gases are discussed so as to complete the previous analysis by Liu and Müller. The physical interpretation of these results appears to be in agreement with quantum and statistical mechanics. Then, the propagation of discontinuity waves and the critical time for classical gases will be dealt with.

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Sommario Si studia il sistema iperbolico delle equazioni di campo della Termodinamica Estesa che governa i processi termodinamici di non equilibrio nei gas. Nella prima parte si discutono i casi limite dei gas di Fermi e Bose fortemente degeneri completando la precedente analisi di Liu e Müller. L'interpretazione fisica di questi risultati appare in accordo con la meccanica quantistica e statistica. Nella seconda parte si studia la propagazione di onde di discontinuitá e il tempo critico per i gas classici.

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Supported by C.N.R., M.P.I. fondi ricerche 40% and 60% and INFN(sez. di Bologna).     

Non isobaric boundary layers related to Marangoni flows

Summary The paper deals with the dissipative layers, called Marangoni boundary layers, that can be formed, along the interface of two immiscible fluids, in surface driven flows. Under the hypothesis that the flow fields of the two interfacing fluids are uncoupled, similar solutions are studied for the case in which an external pressure gradient is present. The similarity class is derived and the pertinent equations are solved numerically by mean of an algorithm based on a Quasi-Linearization Technique.

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Sommario Si considerano Strati Limiti che possono formarsi, lungo l'interfaccia di due fluidi immiscibili, in flussi indotti da gradienti di tensione superficiale, noti come strati limiti alla Marangoni. Soluzioni simili vengono derivate per il caso in cui sia presente un gradiente di pressione esterno, nell'ipotesi che i campi di moto nei due fluidi interfaccianti siano disaccoppiati. Le equazioni sono integrate numericamente con un algoritmo basato su una tecnica di Quasi-Linearizzazione.

     

Equivalent dissipation postulates in classical plasticity

Summary In classical plasticity dissipation postulates on cycles, such as those proposed by Drucker, Martin e Il'yushin, rule the evolution of elastic-plastic deformation processes. In this paper, within the framework of the infinitesimal theory of isotropic materials with elastic range of [7], each one of those three postulates is given an equivalent local formulation; moreover, they are shown to be all equivalent.

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Sommario In plasticitá classica l'evoluzione dei processi elasto-plastici é regolata da postulati di dissipazione su cicli quali quelli proposti da Drucker, Martin e Il'yushin. In questo lavoro, nell'ambito della teoria infinitesima dei materiali isotropi con dominio elastico proposta in [7], si fornisce una formulazione locale equivalent per ciascuno di quei tre postulati e si mostra che essi sono tutti tra loro equivalenti.

     

The dynamical problem of an elastic plate resting on a two-parameter foundation which does not react in tension

Summary This paper analyzes the dynamic problem of an elastic plate which is unilaterally constrained by a two-parameter foundation of Pasternak of Hetényi type. It is assumed that no friction exists at the area of contact. A regularizing technique has been used both in formulating the problem and in the subsequent discussion. Some results of existence and uniqueness of the solution are given. In the application example described, a finite element approach is used to numerically analyze an axisymmetric circular plate. From the numerical results obtained, it can be observed how the solution is influenced by the principal parameters involved.

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Sommario Il lavoro esamina il problema dinamico di una piastra elastica vincolata unilatepalmente su una fondazione a due parametri del tipo Hetényi o Pasternak. Il contatto è supposto privo di attrito. Il problema viene formulato e discusso mediante una tecnica di regolarizzazione: se ne forniscono alcuni risultati relativí all'esistenza ed unicità della soluzione. In particolare si analizza dal punto di vista numerico mediante discretizzazione agli elementi finiti il caso di una piastra circolare assialsimmetrica. I risultati numerici mostrano l'influenza sulla soluzione dei principali parametri da cui essa dipende.

     

On the interaction between two inclined cracks under biaxial load

Summary An analysis of the in-plane biaxial loading of an infinite homogeneous and isotropic elastic plate with two inclined collinear cracks of equal length is performed. The boundary value problem is solved by using the complex potentials method. The influence of the lateral load on the local stress distributions as well as on the crack tips behaviour is analyzed and the features of the interaction are described.

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Sommario Viene studiato il problema piano di due fessure inclinate ed allineate, di uguale lunghezza, in una lastra piana infinita di materiale elastico omogeneo ed isotropo, in regime di carico biassiale. Il problema dei valori al contorno viene risolto mediante la tecnica di potenziali complessi. Vengono analizzati gli effetti del carico laterale sia sui campi locali degli sforzi che sul comportamento delle estremitá delle fessure e descritte le modalità di interazione.

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Financial support of the National Research Council (C.N.R.) through research contribution N. 80.02203.07.     

Boundary integral equations in quasisteady problems of capillary fluid mechanics Part 2: Application of the stress-stream function

In this paper planar viscous flows with a free boundary are further studied using the quasisteady approximation [1]. The introduction of the bianalytical stress-stream function provides an opportunity to adopt the theory of analytical functions. The mode of construction of the Fredholm boundary integral equations is here proposed through the explicit solutions of two Hilbert problems for holomorphic functions with the application of the conformal mappings. The stabiligy of the equilibrium of the annulus liquid layer is investigated by way of example.

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Sommario Si prosegue lo studio di flussi piani viscosi con frontiera libera applicando l'approssimazione quasistazionaria [1]. L'introduzione della funzione stress-stream bianalitica consente l'uso della teoria delle funzioni olomorfe. La costruzione delle equazioni integrali di Fredholm al contorno proposta qui si basa sulla risoluzione esplicita di due problemi di Hilbert per funzioni analitiche mediante applicazione della tecnica delle trasformazioni conformi. Come esempio si studia la stabilità dell'equilibrio di uno strato liquido anulare.

     

Response variables correlation in stochastic finite element analysis

Summary Stochastic finite element techniques are used for estimating the uncertain response of discretized structural systems which are defined by random quantitites or are subjected to random excitations. Such techniques are especially useful in view of the development of probabilistic models for the estimation of the residual lifetime of components undergoing damage-accumulation processes. A special procedure for calculating the probability distribution of the single response variable was discussed in Ref. [1].Attention is focused in this paper on the improvements to be included for estimating the correlation between the response variables of interest and their joint probability distribution.

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Sommario La dicitura elementi finiti stocastici contraddistingue quell'insieme di tecniche numeriche che consentono una stima dell'incertezza che affligge la risposta di sistemi strutturali discreti o discretizzabili, caratterizzati da parametri aleatori o/e soggetti ad eccitazioni aleatorie. L'impiego di queste tecniche si è mostrato particolarmente utile nella definizione delle variabili di ingresso di quei modelli probabilistici con cui si stima la vita residua di elementi strutturali soggetti ad accumulo di danno. Un procedimento efficiente per ricavare la legge di distribuzione di probabilità della singola variabile di risposta era stato messo a punto in [1].In questo lavoro si discutono gli sviluppi necessari per includere la stima della correlazione tra due variabili e la determinazione di distribuzioni di probabilità congiunta.

     

A refined theory for laminated beams: Part II—An iterative variational approach

This paper presents a displacement-based one-dimensional model for the analysis of laminated composite beams, based on the assumption of cross sections rigid in their own planes. The proposed model is mainly focused on the boundary layer analysis. The representation of the axial displacements is given as products between line functions and warping modes of the cross section. Both the sets of unknown functions are determined by means of a variational formulation in order to obtain the ‘best choice’ for the thickness coordinate functions. The minimization of the total potential energy functional is reduced to a sequence of linear problems by means of a gradient technique. Various examples referring to simply supported and cantilever beams, subjected to distributed or concentrated loads, are solved. The results for stress distributions are found to be in excellent agreement with exact plane strain and finite element plane stress solutions even at very low distances from the end sections.

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Sommario In questo lavoro viene presentato un modello monodimens onale agli spostamenti per l'analisi di travi in laminato multistrato fondato sull'ipotesi di sezioni indeformabili nel proprio piano. Il modello è finalizzato principalmente allo studio degli effetti di bordo. Gli spostamenti assiali vengono espressi attraverso prodotti fra funzioni di linea e modi di ingobbamento della sezione. Entrambi gli insiemi di funzioni incognite sono determinati attraverso una formulazione variazionale allo scopo di ottimizzare le forme di ingobbamento della sezione. La minimizzazione del funzionale dell'energia potenziale totale viene ridotta ad una sequenza di problemi lineari mediante una tecnica tipo gradiente operando alternativamente le varizioni rispetto ai due insiemi di funzioni incognite. Negli esempi risolti, gli stati tensionali ottenuti risultano in eccellente accordo con soluzioni esatte (in stato piano di deformazione) e con soluzioni agli elementi finiti (in stato piano di tensione) anche in prossimità delle sezioni estreme libere o vincolate.

     

Consequences of the multiplicity of principal relaxation frequencies on linearized non-equilibrium flow fields

Summary In a previous work on non equilibrium flows the present author introduced the principal relaxation frequencies as the eigenvalues of the product of the chemical stability matrix and the kinetic matrix. This paper deals with the case in which these eigenvalues are not all distinct. It is first proved that, in general, any linearized flow field of a gas-mixture with k independent rate processes is equivalent to that of a gas-mixture with only m<k rate processes if m is the number of distinct principal relaxation frequencies. Subsequently the consequences of this fact on the structure and properties of the linearized velocity potential equation are discussed and analized.

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Sommario In un precedente lavoro sui moti non in equilibrio l'autore ha introdotto le frequenze principali di rilassamento come autovalori del prodotto tra la matrice chimica di stabilità e quella dei coefficienti cinetici. Questo lavoro considera il caso in cui detti autovalori non sono distinti. Viene innanzitutto provato che, in generale, qualsiasi moto linearizzato di una miscela gassosa sede di k reazioni e/o fenomeni di rilassamento indipendenti è equivalente a quello di una miscela in cui i processi indipendenti sono solo m<k se m è il numero delle distinte frequenze principali di rilassamento. Successivamente vengono discusse ed analizzate le conseguenze di questo fatto in relazione alla struttura e proprietà dell'equazione linearizzata del potenziale di velocità.

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This research has been sponsored in part by the Air Force Office of Scientific Research through the European Office of Aerospace Research, OAR, United States Air Force, under Contract no. F 61052-68-C-0035.