Monodimensional solids with constrained solutions

Summary By applying the extension of the abstract theory of variational inequalities on convex sets (see Lions and Stampacchia[5]) we formulate and resolve numerically some classical non linear problems in the theory of beams, in which the solutions must satisfy certain inequalities which give preassigned conditions of monolateral constraint or plasticity.

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Sommario In applicazione dell'estensione della teoria astratta delle disuguaglianze variazionali su insiemi convessi (cfr. Lions e Stampacchia[5]) sono formulati e numericamente risolti alcuni classici problemi non lineari della teoria delle travi, in cui le soluzioni debbono soddisfare a certe disuguaglianze, che traducono preassegnate condizioni di vincolo monolaterale o di plasticità.

     

Accurate solutions and stability criterion for periodic oscillations in hysteretic systems

Summary The study of the periodic response of hysteretic oscillators is reduced to that of nonlinear elastic oscillators by assuming an incremental formulation for the constitutive relationship. The harmonic balance method with many components allows for accurate periodic solution computation. The Floquet theory can be used to check stability. Developed equations are applied to the study of frequency response curves of a hysteretic oscillator that, although simple, shows both degrading and non degrading behaviour. The results reported clearly show the shortcomings of traditional methods; the influence of higher harmonics is far from negligible.

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Sommario Nello studio della risposta periodica degli oscillatori isteretici si incontrano difficoltà dovute alla natura non olonoma del legame costitutivo. Nel presente lavoro queste difficoltà vengono superate in parte adottando una formulazione incrementale che riconduce il caso isteretico a quello elastico non lineare seppure al prezzo di un allargamento dello spazio delle variabili di stato. Le soluzioni periodiche sono determinate seguendo il metodo del bilancio armonico con molte componenti; la stabilità viene analizzata con la teoria di Floquet. Le equazioni sviluppate sono utilizzate per determinare le curve di risposta in frequenza sotto una forzante sinusoidale, di un oscillatore che, benchè semplice, presenta una notevole varietà di comportamento. I risultati ottenuti mostrano chiaramente le lacune dei metodi tradizionali; l'influenza delle armoniche superiori in molti casi è ben lungi dall'essere trascurabile.

     

Load-induced stress singularities in the bending of cosserat plates

Summary Presented in this paper are the solutions to several plate bending problems as governed by a recent theory developed by Green and Naghdi, into which couple-stress is incorporated. Specifically, each problem considered is subjected to boundary conditions emanating from a singular load distribution acting on the free edge of a semi-infinite plate. The method of integral transforms is applied in the solutions.In general, it is found that the singularities in the shear and moment resultants are of the same order as those given in Reissner's plate theory, however the detailed structures of these singular functions are altered. The present theory also suggests that, in most cases, the maximum magnitudes of the moment resultants are diminished as compared to the corresponding results given in Reissner's theory.Also discussed is the exact relationship between the Green-Naghdi theory and Reissner's theory.

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Sommario In questa memoria sono presentate le soluzioni di alcuni problemi relativi a piastre inflesse studiati in base ad una teoria recentemente sviluppata da Green e Naghdi, in cui si considerano distribuzioni di coppie di volume.In ogni problema considerato le condizioni al contorno presentano una singolarità nella distribuzione di carico agente su un bordo libero di una piastra semi-indefinita. Per la risoluzione è applicato il metodo delle trasformate integrali.In generale risulta che le singolarità nel taglio e nel momento sono dello stesso ordine di quelle date dalla teoria delle piastre di Reissner, benchè gli andamenti di queste funzioni singolari siano diversi. La teoria sviluppata porta inoltre a valutare, nella maggior parte dei casi, momenti massimi più piccoli di quelli corrispondenti ottenuti in base alla teoria di Reissner.Si discute inoltre l'esatta relazione tra le teorie di Green-Naghdi e di Reissner.

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This research is sponsored by the U. S. Navy under Contract Nonr-610(06) with the Office of Naval Research in Washington, D. C.     

On the numerical solution of structures with fractal geometry: The FE approach

The scope of the present paper is to present the numerical aspects of the theory developed in [1]. The fractal geometry of structure(s) is approximated either through the IFS (iterated function system) method or through the FI (fractal interpolation) method. These approximations of the fractal through classical curves and surfaces are combined with the FEM in order to get numerical results for important technical problems, which cannot be satisfactorily treated by other methods.

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Sommario Lo scopo del lavoro é quello di discutere gli aspetti numerici della teoria sviluppata in [1]. La geometria frattale della/e struttura é approssimata sia attraverso il metodo IFS (iterated function system) che il metodo FI (fractal interpolation). Queste approssimazioni frattali, attraverso curve e superfici classiche, sono combinate con il metodo degli elementi finiti, onde potere ottenere risultati numerici per importanti problemi tecnici che non potrebbero venire soddisfacentemente affrontati con altri metodi.

     

Propagation of periodic long waves

Summary A method is developed for the computation of the steady solution of the shallow water equations with quasi periodic boundary conditions. Because of dissipation the influence of the initial conditions becomes negligible with increasing time and the solution finally depends on the boundary conditions. The unknowns variables (velocity and surface elevation) and the boundary conditions are developed in power series of a small perturbation parameter. The problem is then transformed in a sequence of linear problems which have the same associated homogeneous problem. By separating the time and space variables in the homogeneous problem we obtain an homogeneous elliptic problem of which we compute the first eigenvalues and eigensolutions. These are related to the characteristic oscillations of the water in the basin. The solution of each linear problem is then obtained as an eigensolution expansion with time dependent coefficients. These coefficients are solutions of ordinary differential equations which can be solved directly without proceeding step by step in time. In this way we are reduced to a stationary problem i.e. the determination of the eigenvalues and eigensolutions of the elliptic problem and to the computation of several integrals needed for the determination of the time dependent coefficients. A first test of the method has been carried out for a one-dimensional problem i.e. the tidal wave in a canal of finite length and constant depth. In this case the various steps of the procedure outlined above can be performed analitically. The results have been compared with those obtained by a step by step numerical integration of the shallow water equations. The agreement between these sets of results is good for the range of values of the parameters currently used in the applications.

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Sommario Viene presentato un metodo per il calcolo della soluzione a regime delle equazioni delle onde lunghe, dipendente dalle sole condizioni al contorno quasi-periodiche, dopo aver mostrato che l'influenza delle condizioni iniziali diventa col tempo trascurabile a causa del termine di resistenza. Il metodo si basa sullo sviluppo in serie di potenze di un piccolo parametro sia delle incognite (velocità ed elevazioni del pelo libero) sia delle condizioni al contorno al fine di trasformare il problema non lineare in una serie di problemi lineari aventi lo stesso problema omogeneo associato. Con la separazione delle variabili spazio, tempo quest'ultimo problema viene ricondotto ad un problema ellittico omogeneo di cui si calcolano i primi autovalori ed autosoluzioni. Da ultimo la soluzione di ciascun problema lineare è ottenuta come sviluppo in serie di autosoluzioni a coefficienti dipendenti dal tempo: questi si ricavano risolvendo analiticamente delle equazioni differenziali ordinarie. Si elimina cosi la necessità di procedere passo passo nel tempo analogamente ai classici metodi armonici di soluzione di sistemi lineari. Riassumendo, l'applicazione del metodo riconduce alla soluzione di un problema stazionario (determinazione di autovalori ed autosoluzione del problema ellittico) e quindi al calcolo dei vari integrali necessari per la determinazione dei coefficienti temporali. Il metodo è stato provato nel caso semplice della propagazione di onde di marea in un canale di lunghezza finita e sezione costante. Per questo esempio i vari passi di calcolo possono essere svolti analiticamente. I risultati sono stati confrontati con quelli ottenuti dalla integrazione numerica delle equazioni col metodo delle caratteristiche, ottenendo un buon accordo.

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Work sponsored by the CNR (National Research Council) in the framework of Project ?Conservazione del suolo? Subproject ?Dinamica dei Litorali? Publ. n° 46.     

On the elastic problem of the orthotropic thick plate

Summary Equilibrium equations for orthotropic media are written taking the displacement components as unknowns; these equations are integrated with operational methods by separation of the variables.The unknown quantities are six « initial funcitons » that is, displacements and their partial derivatives with respect toz, calculated on the planez=0.Following a method of structural mechanics, the cases of symmetrical and nonsymmetrical loading of plate, namely compression and flexion, are considered separately.The separation of the variables allows us to resolve in two successive stages the problem of the boundary conditions: the Cauchy conditions on the surfacesz=± h become differential equations to which we associate the condition on the cylindrical surface.The process leads to a symbolic solution of the problem from which we construct the resolvent equations in the form of power series of operators. If terms of a higher order are retained in these equations, a more accurate theory is obtained; it is shown that if only the first term is assumed, the equation for the ortho tropic plate in the Kirchhoff-Love sense is obtained.The method is applied in order to resolve a problem numerically; the results are compared with those deduced by the usual theory.

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Sommario Si scrivono le equazioni indefinite dell'equilibrio dei mezzi ortotropi assumendo come incognite le componenti di spostamento; se ne effettua l'integrazione con metodi operazionali per separazione delle variabili. Le incognite risultano esplicitate attraverso sei « funzioni iniziali », cioè spostamenti e loro derivate rispetto a z calcolate sul piano medio.In relazione ad una decomposizione dei carichi si individuano due problemi distinti, di compressione e di flessione, che vengono trattati parallelamente.La separazione delle variabili permette di risolvere in due fasi successive il problema dei valori al contorno: le condizioni di Cauchy sulle facce parallele al piano medio si traducono di fatto in equazioni differenziali cui vanno associate le condizioni sulla superficie cilindrica.Il procedimento conduce ad una soluzione simbolica del problema, a partire dalla quale si costruiscono le equazioni risolventi sotto forma di sviluppi in serie di potenze di operatori. L'ordine delle equazioni risolventi, e quindi il numero di condizioni che si possono soddisfare sulla superficie laterale, è fissato dal numero di termini che si considerano in questi sviluppi; si dimostra che il solo primo termine conduce all'equazione della piastra ortotropa ricavata sotto le ipotesi di Kirchhoff-Love.Il metodo è applicato alla soluzione di un problema concreto; i risultati sono messi a confronto con quelli dedotti dalla teoria ordinaria.

     

On the general solution of stress equation for the membrane theory of shells of revolution

Summary A new method is presented to solve the equation of Neményi-Truesdell, in the membrane theory of thin shells of revolution. It is an ordinary linear differential equation of the second order, for which resolution methods of Truesdell and Mitrinovitch are known. The proposed method is based on the transformation of the given equation into a linear integral equation of Volterra type. This allows to write the general solution of stress equation only in terms of equation of the meridian generating the shell.

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Sommario Si presenta un nuovo metodo per risolvere l'equazione di Neményi-Truesdell, nella teoria delle membrane dei gusci sottili di rivoluzione. Si tratta di un'equazione differenziale lineare ordinaria del secondo ordine, della quale sono noti metodi risolutivi dovuti a Truesdell ed a Mitrinovitch. Il metodo proposto è basato sulla trasformazione dell'equazione data in un'equazione integrale lineare di Volterra e consente di esprimere l'integrale generale dell'equazione degli sforzi esclusivamente in termini della equazione del meridiano generatore del guscio.

     

Motion errors analysis and a contribution to numerical inverse kinematics for robot manipulators

Summary Since, for actual industrial robots, the kinematic models present certain inaccuracies due to a number of effects such as the mechanical tolerances, deformations of mechanical elements etc., the theoretic models must be modified to compensate the position and orientation errors. In this paper, methods of redeveloping the actual kinematic models and of compansating the theoretic models are presented. Besides, a simple method for calculation of the matrices of partial derivatives of the position and orienation vector with respect to link parameters vectors is also presented. Theoretically, the position and orientation errors due to the inaccuracy of link parameters can be eliminated by finding the actual joint coordinates. If the inverse kinematics of a robot has not closed-form solution, it's solved by numerical methods. We know that the selection of the initial point on iteration for a numerical iterative method is very important for the convergence and the converging velocity. In this paper, a reasonable selection for this point based on the analytic solution of a similar, but simpler robot, is proposed. According to this selection, the iterative procedure will almost always converge rapidly to a real solution within the physical joint ranges.

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Sommario Siccome per i robots industriali attuali, i modelli cinematici presentano certi errori dovuti ad una serie di effetti, come ad esempio le tolleranze meccaniche, le deformazioni degli elementi meccanici, ecc., i modelli teorici devono essere modificati allo scopo di compensare gli errori di posizionamento e di orientamento. In questo lavoro si presentano il metodo di risviluppare i modelli cinematici reali ed il metodo di compensare i modelli teorici. Inoltre, nel lavoro si presenta anche un metodo semplice per calcolare le matrici delle derivate parziali del vettore di posizionamento e di orientamento rispetto ai vettori dei parametri cinematici. In teoria, l'errore dovuto agli errori di parametri cinematici puó essere eliminato trovando le coordinate attuali dei giunti. Se la cinematica inversa di un robot non ha la soluzione in forma chiusa, essa è risolta con i metodi numerici. Si sa che la scelta del punto iniziale di iterazione per un metodo iterativo è molto importante per la convergenza e la velocità di convergenza. Per questo punto si propone una scelta ragionevole basata sulla soluzione analitica di un robot simile, ma più semplice. A seconda di questa scelta, la procedura iterativa può convergere quasi sempre rapidamente ad una soluzione reale entro i limiti dei giunti.

     

Elastic stability of rectangular shells in membrane equilibrium

Summary This study furnishes an algorithm for determining, in accordance with Dirichelt's (energetic) principle, the critical load of rectangular membranes of any shape. The algorithm is formulated with reference to an extrinsic system of orthogonal Cartesian coordinates, that is the system used in statics for Pücher's method. This involved obtaining the expressions of the deformation characteristics and of the curvature variations of the shell up to the second order in the displacement components. These quantities yielded the final expression of the deformation energy and the second order work of internal stresses. In view of the applications, possible displacement terns are proposed characterizing the unstability secondary buckled lines, which are further detailed for the rectangular plan paraboloid. Finally, some numerical applications are given for the square plan shell.

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Sommario Col presente studio viene fornito un appropriato algoritmo per la determinazione, secondo il principio energetico del Dirichlet, dei moltiplicatori critici per le membrane di forma qualsiasi su pianta rettangolare. La formulazione è fatta con riferimento ad un sistema di coordinate cartesiane ortogonali estrinseco e cioè lo stesso adottato per il metodo di Pücher nella statica. Allo scopo è stato necessario ricavare le espressioni delle caratteristiche della deformazione e delle variazioni di curvatura della volta sino al secondo ordine nelle componenti dello spostamento. Tali quantità hanno permesso di dare in forma esplicita l'espressione dell'energia di deformazione ed il lavoro del secondo ordine degli sforzi interni. In vista delle applicazioni sono proposte delle possibili terne di spostamenti caratterizzanti le deformate secondarie instabilizzanti, particolarizzandole infine per il caso del paraboloide su pianta rettangolare.Si riportano infine alcune applicazioni numeriche relative alla volta su pianta quadrata.

     

General stress analysis method by means of integral equations and boundary elements

Summary This paper concerns an integral equation method for the numerical solution of the linear problems of elasticity of the homogeneous continuum. The mathematical form adopted is sufficiently general to refer to both plane and three dimensional analysis as well as to analysis of plates and specialized axisymmetric cases.Having indirectly deduced the integral equations, the resolving procedure is based on variational principles and uses a convenient discretization of the boundary through the use of finite elements.Particular attention is given to the definition of the asymptotic conditions of the elementary displacement field to theoretically ensure a priori the conditioning of the resolving algebraic equations without any restriction as regards the nature of the boundary and the conditions thereby imposed.Efficiency, praticality and flexibility of use are characteristics particular of this method and have already been widely tested by the author in varying applications. Further information on the above can be found in the bibliography cited.

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Sommario Nella presente memoria si delinea un metodo di calcolo fondato sulle equazioni integrali per la soluzione numerica dei problemi lineari di elasticità del continuo omogeneo. La veste matematica adottata é sufficientemente generale perché possa riferirsi all'analisi sia dello stato triplo sia dello stato piano di deformazione o di tensione, come pure all'analisi delle lastre e dei casi specializzati assialsimmetrici.Dedotte per via indiretta le equazioni integrali, il procedimento risolutivo è fondato su principi variazionali e si avvale di una conveniente discretizzazione del contorno mediante elementi finiti.Particolare attenzione è rivolta a definire le condizioni asintotiche dei campi elementari di spostamento al fine di assicurare teoricamente a priori il condizionamento delle equazioni algebriche risolventi, senza alcuna restrizione per quanto riguarda la natura del contorno e le condizioni ivi imposte.L'efficienza, la praticità e la flessibilità d'impiego sono caratteristiche peculiari del metodo, per altro già ampiamente collaudato dall'autore in diverse applicazioni di cui possono trovarsi notizie nella bibliografia citata.

     

A comparison between the craig-cox and the kacker-okapuu methods of turbine performance prediction

Summary Two complete comprehensive loss correlations for estimating the efficienty of axial-flow turbines are examinated in this paper: the well-known Craig-Cox method, and the recent development of the Ainley-Mathieson method, presented by Kacker and Okapuu, which reproposes the validity of this approach.Firstly, a comparison is done by evaluating the losses in a number representative cascades, having various solidities, aspect ratios, Reynolds and Mach numbers. It is shown that the two methods are in good agreement for subsonic cascades having high flow coefficients, while significant differences are found in high deflection blades, especially for the secondary losses.In the second part, it is investigated how the choice of correlation affects the project of a turbine stage. A design procedure, automatically carried out by a computer program, was applied to a number of cases: the differences between the two solutions of the same project problem obtained by using the two correlations are discusses. Parameters like specific speed, expansion ratio and size parameter are used to generalize the results.

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Sommario In questo articolo vengono considerati due metodi per la valutazione completa delle perdite fluidodinamiche in turbine assiali: il primo, ben noto, è quello proposto da Craig e Cox, mentre il secondo rappresenta il recente sviluppo del metodo di Ainley e Mathieson, operato da Kacker e Okapuu a conferma della validità dell'approccio originale.Un primo confronto è stato effettuato valutando le perdite in alcune schiere tipiche, con diversi numeri di Reynolds e di Mach. Viene mostrato che i due metodi sono in buon accordo per schiere subsoniche aventi elevati coefficienti di flusso, mentre si rilevano differenze significative in pale ad alta deflessione, specialmente per ciò che riguarda le perdite secondarie.Nella seconda parte si è voluto indagare come la scelta di una o dell'altra correlazione di perdite possa influenzare il progetto di stadi di turbine. Un certo numero di stadi tipici è stato ottimizzato mediante un codice automatico: vengono discusse le differenze tra le due soluzioni dello stesso problema progettuale risultate dall'uso di ambedue le correlazioni. I risultati sono presentati in funzione di parametri quali il numero di giri caratteristico, il rapporto di espansione e il coefficiente di «taglia», nell'intento di generalizzare i risultati.

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A Method for Determining Model‐Structure Errors and for Locating Damage in Vibrating Systems

A method is proposed for the determination of natural frequencies and mode shapes of a system which is constrained so that unknown stiffnesses are replaced by rigid connections. The constraint is not imposed physically but only in mathematics so that the behaviour of the constrained system is inferred from the unconstrained measurements. Since stiffnesses which are made rigid cannot experience any elastic strain they can have no effect on the inferred measurements. A procedure for comparing the inferred measurements with similarly constrained finite element predictions can be used to determine modelstructure errors. Damage, such as a crack in a beam, can be located by comparing the inferred measurements from the structure in its undamaged and current states. It is demonstrated how unmeasured rotations may be constrained by using rigidbody modes and a reduction/expansion transformation from a finite element model.Sommario. Viene proposto un metodo per la determinazione delle frequenze proprie e dei modi di vibrazione di un sistema vincolato in modo tale che alcuni elementi elastici siano sostituiti da collegamenti rigidi. Il vincolo non viene imposto fisicamente, ma solo matematicamente, e pertanto il comportamento del sistema vincolato viene dedotto dalle misure sul sistema non vincolato. Poiché gli elementi che sono resi rigidi non possono subire alcuna deformazione elastica, essi non hanno certamente alcun effetto sulle misure dedotte per il sistema vincolato. Una procedura che mette a confronto le misure dedotte per il sistema vincolato con le previsioni fornite da un modello ad elementi finiti con analoghi vincoli, può essere utilizzata per determinare errori nella struttura del modello. Danni del tipo di una cricca su una trave possono essere localizzati confrontando le misure dedotte – per sistemi analogamente vincolati – da quelle effettuate sulla struttura non danneggiata e sulla struttura danneggiata. Si dimostra come si possono imporre vincoli sulle rotazioni (non misurate) utilizzando i modi di corpo rigido dell'elemento e una tecnica di riduzione/espansione dei gradi di libertà di un modello ad elementi finiti.     

On the flexural vibrations of sandwich plates

A simplified approach to sandwich plate free vibrations, based on the superposition method, can provide approximations to the lowest modes for various boundary conditions, showing a characteristic influence of the bending-shear stiffness ratio.

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Sommario Un'analisi semplificata delle vibrazioni naturali di pannelli sandwich in diverse condizioni di vincolo, con il metodo di sovrapposizione degli effetti, consente l'individuazione approssimata dei modi più bassi, mostrando un comportamento vibratorio caratteristico al variare del rapporto tra le rigidezze di flessione e taglio.

     

The membranal and flexural equations of thin elastic plates deduced exactly from the three-dimensional theory

Summary The classical field and boundary equations governing the in-plane stretching and the transversal bending of a thin plate are obtained by means of an exact mathematical procedure consisting in integrating over the thickness the equilibrium equations for a three-dimensional cylindrical body, made of a homogeneous, linearly elastic, transversely isotropic material, and subject to suitable internal constraints.

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Sommario Le classiche equazioni che descrivono il comportamento flessionale e membranale di una piastra, con le relative condizioni ai limiti, sono ottenute mediante un procedimento matematico esatto, consistente nell'integrazione sullo spessore delle equazioni di equilibrio per un corpo tridimensionale cilindrico, costituito da materiale linearmente elastico, omogeneo, trasversalmente isotropo e soggetto ad opportuni vincoli interni.

     

On the elastic problem of the non-homogeneous anisotropic reticulated body resting on a lattice

Summary A reticulated body is examined, which is constituted by pin-jointed members; the joints coincide with the points of a lattice; the members can be arbitrarily distributed.The problem of the elastic equilibrium of such a body is studied, proposing a method of solution based on the interpretation of the reticulated body as a continuum.In particular, we assume as model a body constituted by molecules, placed in the joints and centrally attracting or repelling one another.The elastic properties of such a model are defined according to Cauchy-Poisson theory, as functions of the rigidities of the members of the reticulated body; in general, the resultant model is anisotropic and non-homogeneous.The method suggested is different from the similar ones[1], [2], [3], by being based on the rigorous definition of the model of the reticulated body.This method is a generalization of a more restricted method applied to the study of the cubic homogeneous reticulated bodies[4], [5]; it attributes to the joints of the reticulated body the displacements of the corresponding points of the continuum model and consequently determines the stresses in the members.The errors made with the explained method are deduced by comparing the equations of the continuum model with those of the reticulated body; by reiterating the method, we can reduce these errors to as small as we want.

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Sommario Si esamina un corpo a struttura reticolare, costituito da aste articolate a cerniera: i nodi coincidono con i punti di un sistema regolare nello spazio, le aste possono essere comunque distribuite.Si affronta il problema dell'equilibrio elastico di un tale corpo proponendo un metodo di soluzione fondato sulla interpretazione del reticolo come un continuo.In particolare si assume come modello un corpo costituito da molecole poste in corrispondenza dei nodi e soggette ad azioni mutue dirette secondo le congiungenti i loro centri.Le costanti elastiche del modello sono fissate, seguendo il modello di Cauchy-Poisson, in funzione delle rigidezze delle aste del reticolo; nel caso più generale il modello che ne consegue sarà anisotropo ed eterogeneo.Il procedimento che si propone si differenzia dai procedimenti similari[1], [2], [3], in quanto è fondato sulla definizione rigorosa del modello del reticolo.Esso è la generalizzazione di quello applicato allo studio dei reticoli omogenei cubici[4], [5] e consiste nell'assegnare ai nodi del reticolo gli spostamenti dei corrispondenti punti del modello continuo e nella conseguente determinazione degli sforzi nelle singole aste.Gli errori che si commettono con tale procedimento vengono dedotti dal confronto fra le equazioni del modello e quelle del reticolo; essi possono rendersi piccoli a piacere mediante opportune iterazioni.

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Bifurcation problems in fluid-mechanics

Summary A general perturbation technique for dealing with nonlinear problems in the neighborhood of branching points is presented. The general method is then applied to the treatment of several problems in fluid mechanics, i. e. shock waves in an inviscid and a viscous gas, shock structure in kinetic theory, shock waves in mixtures and ionized gases, onset of instabilities in a fluid.

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Sommario Si espone un metodo perturbativo di carattere generale che permette di trattare problemi nonlineari nell'intorno dei punti di biforcazione. Si applica poi il metodo generale alla trattazione di diversi problemi di meccanica dei fluidi e precisamente alle onde d'urto in gas ideali e viscosi, alla struttura delle onde d'urto secondo la teoria cinetica dei gas, alle onde d'urto in gas ionizzati e miscele e all'insorgere di instabilità in un fluido.

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This work was done in the sphere of activity of the C.N.R. Group for mathematical research.     

Minimum theorems for displacement and plastic strain rate histories in structural elastoplasticity

Summary The finite element method approach is used to obtain formulations of analysis problems relative to elastic-plastic structures when subjected to prescribed programmes of loads, and under the restrictive hypotheses:a) the yielding surfaces are piecewise linearized, andb) the plastic flow-laws are supposed to be of holonomic type within a single “finite” time interval. For mulations are given as linear complementarity problems and quadratic programming problems: one pair of formulations in terms of velocity and plastic multiplier rate histories, and another pair in terms of plastic multiplier rate histories only. The solutions are shown to be characterized by two minimum principles for displacement and plastic strain rate histories. After some general remarks about computational procedures, the paper is concluded with some suggestions for future developments.

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Sommario Si usa il metodo degli elementi finiti per formulare problemi di analisi relativi a strutture elasto-plastiche soggette a prescritti programmi di carico, sotto le ipotesi restrittive:a) le superfici di plasticizzazione sono linearizzate a tratti, eb) la legge del flusso plastico è olonoma all'interno del singolo intervallo di tempo “finito”. Si danno formulazioni come problemi di complementarità lineare e come problemi di programmazione quadratica: due formulazioni sono in termini di storia delle velocità e dei coefficienti di attivazione plastica, altre due sono in termini di storia dei coefficienti di attivazione plastica soltanto. Si dimostra che le soluzioni sono caratterizzate da due principi di minimo per la storia delle velocità di deformazione. Dopo alcune osservazioni generali sui procedimenti di calcolo, il lavoro si conclude con dei suggerimenti per futuri sviluppi.

     

Postcritical Behavior of Cables Undergoing Two Simultaneous Galloping Modes

Abstract. A nonlinear two degree-of-freedom model, describing a flexible elastic suspended cable undergoing galloping oscillations, is analyzed. By using a perturbative approach, the critical conditions occuring for different values of the aerodynamic coefficients are described. Two different type of critical conditions, corresponding to simple or double Hopf bifurcations are found. The nonlinear postcritical behavior of single taut strings in 1:1 primary internal resonance is studied through the multiple scale perturbation method. In the double Hopf bifurcation case the influence of the detuning between the critical eigenvalues on the postcritical behavior is illustrated. It is found that quasi-periodic motions, which are likely to occur in the linear field when the two critical frequencies are incommensurable, are really unstable in the nonlinear range. Therefore, the postcritical behavior of the string consists of stable periodic motions for any detuning values.Sommario. Viene analizzato un modello non lineare a due gradi di libertrappresentativo di un cavo elastico flessibile sospeso alle estremite soggetto ad oscillazioni galoppanti. Utilizzando un approccio perturbativo, vengono descritte le condizioni critiche per differenti valori dei coefficienti aerodinamici. Sono presenti due diversi tipi di condizioni critiche, corrispondenti a biforcazioni di Hopf semplici e doppie. Attraverso il metodo perturbativo delle scale multiple viene studiato il comportamento post-critico non lineare di singole stringhe tese in risonanza interna primaria 1:1. Nel caso di biforcazione doppia di Hopf viene illustrata l'influenza del detuning tra gli autovalori critici sul comportamento post-critico. Si trova che i moti quasi-periodici, presenti in campo lineare quando le due frequenze critiche sono incommensurabili, sono in realtinstabili in campo non lineare. Quindi, il comportamento post-critico della stringa risulta composto da moti periodici stabili per un qualsiasi valore del detuning.     

Computer aided design of chains of four-bar linkages with an interactive method

Summary For some time in the Section of Applied Mechanics at Milan's Politecnico, various routines for the kinematic analysis of linkages have been prepared. These and similar routines are satisfying for that which concerns analysis, but cannot be adapted or are often insufficient when dealing with synthesis using trial and error methods. Given that the major difficulty of using these methods is the scarce possibility of communication between the designer and the machine, we thought that the best solution would be to equip these analysis routines with a new part thus facilitating communication between the designer and the machine. This paper represents a further step in this direction and contains a number of examples of the design of linkage systems for application in mechanical presses.

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Sommario Ormai da tempo si ricorre all'uso dell'elaboratore per lo studio dei meccanismi. Presso la Sezione di Meccanica delle Macchine del Politecnico di Milano sono stati messi a punto numerosi programmi per l'analisi cinematica dei meccanismi articolati. Questi programmi ed altri similari, si rivelano del tutto soddisfacenti per quanto riguarda l'analisi ma sono poco adatti e spesso insufficienti per procedere alla sintesi con metodi del tipo ?trial and error?. Constatato che la maggiore difficoltà che si incontra nel procedere con questi metodi sta nelle scarse possibilità di dialogo tra operatore e macchina, ci si è resi conto che la strada da seguire è quella di corredare questi programmi di analisi di una larga parte nuova con lo scopo appunto di rendere il più agevole possibile il colloquio tra operatore e macchina. Il presente lavoro rappresenta un ulteriore passo in questa direzione rispetto al precedente degli stessi autori.

     

General Analytic Solutions and Complementary Variational Principles for Large Deformation Nonsmooth Mechanics

This paper presents a nonlinear dual transformation method and general complementary energy principle for solving large deformation theory of elastoplasticity governed by nonsmooth constitutive laws. It is shown that by using this method and principle, the nonconvex and nonsmooth total potential energy is dual to a smooth complementary energy functional, and fully nonlinear equilibrium equations in finite deformation problems can be converted into certain tensor equations. The algebraic relation between the first and the second Piola–Kirchhoff stresses are revealed. A closed form solution for general three-dimensional large deformation boundary value problems is obtained. The properties of this general solution are clarified by a triality extremum principle. This triality theory reveals an important phenomenon in nonconvex variational problems. Applications are illustrated by nonlinear, nonsmooth equilibrium problems in Hencky's plasticity, 3D cylindrical structures and post buckling analysis of elastoplastic bar with jumping and hardening effects. The idea and methods presented in this paper can be used and generalized to solve many nonlinear boundary value problems in finite deformation theory.Sommario. Il lavoro presenta un metodo di trasformazione duale nonlineare ed un principio generale di energia complementare per la soluzione di problemi di teoria elastoplastica in grandi deformazioni governati da leggi costitutive con discontinuità. Si mostra come, usando il metodo ed il principio proposti, l' energia potenziale totale discontinua e nonconvessa duale di un funzionale energia complementare continuo, e le equazioni di equilibrio nonlineare in problemi di deformazione finita, possano essere convertite in equazioni tensoriali. Vengono mostrate le relazioni algebriche fra il primo ed il secondo tensore delle tensioni di Piola–Kirchhoff. Si ottiene una soluzione in forma chiusa per problemi al contorno generali tridimensionali in grandi deformazioni. Le proprietà di tale soluzione generale vengono chiarite per mezzo di un principio estremale di trialità. La eoria della trialità evidenzia un fenomeno importante in problemi variazionali nonconvessi. Vengono presentate applicazioni a problemi di equilibrio nonlineare con discontinuità in situazioni di plasticità alla Hencky, strutture cilindriche in 3D, e nell'analisi postcritica di una barra elastoplastica con effetti hardening e di jumping. L'idea ed i metodi presentati in questo lavoro possono essere usati e generalizzati per risolvere molti problemi al contorno nonlineari nella teoria delle deformazioni finite.