Simple waves and shock waves in a thin prestressed elastic rod

Zusammenfassung Ein halb-unendlicher dünner elastischer Stab wird einer monoton ansteigenden Störung am freien Ende unterworfen. Die unstetige Wellenbewegung für endliche Verzerrungen wird untersucht, und die Bedingungen zur Bildung von Stössen werden aufgestellt. Eine implizite Lösung für die Wellenbewegung im Gebiete einfacher Wellen wird mittels der Methode der Charakteristiken erhalten. Eine andere und explizite Lösung in diesem Gebiete wird gefunden durch Anwendung der Theorie sich fortpflanzender Diskontinuitätsflächen, als eine Taylor-Reihe um die Ankunftszeit der Wellenfront. Es wird gezeigt dass der Koeffizient des ersten Gliedes in der Entwicklung eine Lösung für eine homogene nichtlineare gewöhnliche Differentialgleichung ecster Ordnung darstellt. Die übrigen Koeffizienten befriedigen lineare, jedoch inhomogene gewöhnliche Differentialgleichungen mit veränderlichen Koeffizienten. Für den Fall einer rampenartigen Belastung und für Stossbildung an der Wellenfront wird für schwache Stösse durch Anwendung einer Methode von Friedrichs die Vereinigung von einfachen Wellen untersucht. Als Beispiel wird die Entlastung eines Stabes betrachtet, der einer anfänglichen Dehnung von 50% unterworfen ist.     

Note on a direct method of solving problems of elastic plates with circular boundaries having prescribed displacement

Zusammenfassung Zweck dieser Mitteilung ist die Herleitung einer direkten Methode für die Lösung des zweiten Randwertproblems in einer elastischen Scheibe mit kreisförmiger Begrenzung. Zur Veranschaulichung der Methode wird das Problem der unendlichen Scheibe mit einer thermoelastischen Verzerrungsquelle in endlichem Abstand von einem kreisförmigen Loch mit fixiertem Rand gelöst.     

Servo-stabilization of low-frequency oscillations in liquid propellant rocket motors

Zusammenfassung Die Theorie der kleinen Frequenz-Instabilität von Raketenmotoren mit flüssigen Treibmitteln wird überarbeitet, wobei im besonderen die Methode der Satche-Diagramme erörtert wird, welche durchH. S. Tsien für Stabilitätsrechnungen linearer Systeme mit zeitlicher Verzögerung eingeführt worden sind. Das Prinzip der Stabilisierung durch Benutzung einer Gegenkopplungsschleife wird besprochen, und es wird gezeigt, dass schon eine sehr einfache Lösung des Gegenkopplungskreises die Stabilität von flüssigen Einzel- und Doppeltreibmitteln in Raketenmotoren versichern kann, unabhängig von der Grösse der Zeitverzögerung. Auf Grund des beschriebenen speziellen analytischen Beispiels wird gefolgert, dass solche Stabilisierungsmassnahmen für eine viel grössere Klasse von Instabilitäten in Raketenmotoren als die betrachtete empirisch verwirklicht werden können.     

Exact nonlinear solution of the bending of a constrained beam

Zusammenfassung Für einen beidseitig eingespannten schlanken Stab, dessen Enden sich auf einem Kreis verschieben können, wird die exakte Lösung entwickelt. Die Reaktionen sowie die elastische Linie lassen sich mit Hilfe von elliptischen Integralen erster und zweiter Gattung bestimmen. Ein numerisches Beispiel zeigt die Anwendung der behandelten Methode, die bei der Konstruktion gewisser drehbarer Einspannung von Interesse ist.     

On an integral method for backward boundary layers

Zusammenfassung Eine Integralmethode für die Lösung von zweidimensionalen Grenzschichtgleichungen wird entwickelt für Fälle, in denen die Lösungen sich anfänglich wie diejenigen von End-Grenzschichten benehmen. Diese Lösungen sind von Goldstein behandelt worden. Die bedeutendste Anwendung betrifft den Fall, wo ein zweidimensionaler Strom gegen eine Öffnung fliesst, durch welche die Flüssigkeit entleert wird. In erster Annäherung wird die Grenzschichtströmung für grosse Entfernungen von der Öffnung durch die Ähnlichkeitsgesetze der konvergenten Strömung in einem keilförmigen Kanal beschrieben. Um Strömungen dieser Art zu studieren, die über lange Entfernungen laufen, wird die Geschwindigkeit am Rande der Grenzschicht an Stelle der Entfernung längs der Grenzschicht als unabhängige Veränderliche eingeführt. Die beschriebene Methode wird auf den Fall der Strömung in Richtung eines Schlitzes angewendet, ausgehend von einem unendlichen Halbraum, ferner auf den Fall einer Strömung um eine endliche Platte, die senkrecht zur Strömungsrichtung steht. In beiden Beispielen ist die Potentialströmung in der Form des Kirchhoff-Rayleighschen Gesetzes angenommen, wobei die freien Stromlinien an die scharfen Kanten gebunden sind. Die Methode wird verallgemeinert, so dass sie für allgemeinere End-Grenzschichten benutzt werden kann. Die Resultate stimmen ausgezeichnet mit denen der Methode von Thwaites sowie mit den Ähnlichkeitslösungen von Falkner-Skan überein.     

Finite elastic deformations of bodies with irregular shapes

Zusammenfassung In der Theorie endlicher Deformationen elastischer Festkörper sind jene Probleme, für die exakte Lösungen verfügbar sind, beschränkt auf Körper, deren gespannte und entspannte Zustände durch Koordinatenflächen eines der bekannten und allgemein verwendeten Koordinatensysteme begrenzt sind, und die daher symmetrische Eigenschaften in hohem Grade besitzen. Diese Abhandlung entwickelt eine Methode, mit deren Hilfe man Lösungen für endliiche Deformationen erhalten kann, und zwar für Körper, deren nichtdeformierte Form eine Perturbation der nichtdeformierten Form eines anderen Körpers ist, für den eine endliche Deformationslösung schon verfügbar ist. Diese Methode wird verwendet zur Bestimmung einer Lösung zu dem Problem der endlichen Streckung und Torsion eines elliptischen Zylinders, dessen Verhältnis von Hauptachse zu Nebenachse nahezu eins ist. Im Weiteren erleichtert diese Methode eine Analyse des Problems einer endlichen Ausdehnung für zwei Fälle achsensymmetrischer Körper: 1. Der Körper ist ein Kreiszylinder in allen Punkten ausserhalb eines Streifens endlicher Länge, wo seine nichtdeformierte Form eine Perturbation des Kreiszylinders ist. 2. Der Körper wird erhalten durch Rotation einer Sinuskurve um die Symmetrieachse.     

New variational-asymptotic formulations for interlaminar stress analysis in laminated plates

A new approach for the three-dimensional stress analyses in composite laminates is presented. The method of composite expansions along with Hellinger-Reissner variational formulation is employed to derive the interior and edge layer problems for high order approximations. A new method of finite element analysis for solving the edge layer problem is developed based on the modified mixed-hybrid method. Comparison of the present solution with an assumed displacement finite element solution is made to demonstrate the accuracy and efficiency of the present approach.

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Zusammenfassung Eine neue Methode zur dreidimensionalen Spannungsanalyse von Verbundlaminaten wird dargelegt. Die Methode der gewünschten Entwicklungen zusammen mit dem Hellinger-Reissner'schen Variationsprinzip führt zur Herleitung des inneren Problems und des Grenzschichtproblems für höhere Näherungen. Eine neue Methode wird entwickelt, welche mit Hilfe von finiten Elementen, vom gemischt hybriden Verfahren ausgehend, das Grenzschichtproblem löst. Der Vergleich, der hier vorgeschlagenen Lösung mit einer klassischen, auf Verschiebungselementen beruhenden Lösung zeigt die Genauigkeits- und Effizienzvorteile der hier dargelegten neuen Methode.

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This research was supported by Technion V. P. R. fund (grant No. 030-717), New York Metropolitan research fund.     

Approximate solution of boundary layer problems with injection or suction

Zusammenfassung Der grundlegende linearisierte Ansatz zur Näherungslösung von Grenzschichtproblemen wird auf neue Anwendungen erweitert, um die Behandlung von Problemen mit Massenaustausch durch die Oberfläche zu ermöglichen und die Beschränkung auf die Prandtl-Zahl 1 zu mildern. Das klassische Problem der konstanten, d. h. nicht ähnlichen Geschwindigkeitsverteilung an der Oberfläche wird behandelt, und die Ergebnisse werden mit der exakten numerischen Lösung verglichen. Es ergibt sich eine ausgezeichnete Übereinstimmung. Sodann wird eine Lösung des schwierigen und praktisch wichtigen Problems einer Stufenfunktion für die Oberflächengeschwindigkeit gegeben. Die freie Konvektion über einer vertikalen Platte mit konstanter Temperatur und Oberflächengeschwindigkeit wird erstmalig gelöst. Schliesslich wird das der Schlitzeinspritzung entsprechende Anfangswertproblem unter Milderung der bisherigen AnnahmeP _r =1 behandelt.

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This work was supported by the National Science Foundation, Grant No. GK-310,     

Fehlerschranken und Eindeutigkeitsaussagen für die Lösungen nichtlinearer,stark gekoppelter,parabolischer Differentialgleichungssysteme

Zusammenfassung Für ein nichtlineares, stark gekoppeltes, parabolisches Differentialgleichungssystem aus 2 Gleichungen mit 3 Unbekannten wird die erste Randwertaufgabe in einem Quader betrachtet. Die rechten Seiten der Differentialgleichungen mögen Lipschitzbedingungen genügen. Für eine Näherungslösung werden a-posteriori-Fehlerschranken angegeben, ferner wird ein Eindeutigkeitssatz bewiesen. Die Ergebnisse werden gewonnen mit Hilfe der Theorie der Differential-Ungleichungen sowie unter Benutzung einer Ungleichung von Bernstein und eines Satzes von Kolmogoroff zur Lösung des Landau-Problems.     

Time-dependent radiative transfer in a semi-infinite medium with a reflecting boundary

An exact solution for the intensity due to a pulse radiation on the free surface of a semiinfinite medium with a known surface reflectivity is obtained via the multiple collision method. The time-dependent scalar intensity at the free surface is evaluated for several reflectivities and albedos using the corresponding steady state solution.

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Zusammenfassung Die exakte Lösung für die von einem Strahlungspuls erzeugte Intensität auf der freien Oberfläche eines halb-unendlichen Mediums mit bekannter Oberflächen-Reflektivität wird bestimmt mit Hilfe der Methode der mehrfachen Zusammenstöße. Die zeitabhängige skalare Intensität auf der freien Oberfläche wurde berechnet für verschiedene Reflektivitäten und Albedos, mit Benützung der entsprechenden stationären Lösung.

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Consiglio Nazionale Delle Ricerche (CNR) Visiting Professor at the University of Bologna.     

Stress functions for plane problems with couple stresses

Zusammenfassung Die Lösung der zweidimensionalen Gleichgewichtsbedingungen für ein Kontinuum, das Spannungsmomente aufnehmen kann, wird mit Hilfe von willkürlichen Spannungsfunktionen gegeben. Die Spannungsfunktionen werden mit Hilfe der resultierenden Einzelkraft und des resultierenden Momentes gedeutet, welche durch einen Bogen im Körper übertragen werden.     

Unsteady discharge of ideal fluids from vertical,constant cross-section reservoirs

Zusammenfassung Die Arbeit befasst sich mit der exakten Lösung des bekannten Ausflussproblems für ideale Flüssigkeiten. Die abgeleiteten Ausdrücke sind gültig für Gefässe von konstantem Querschnitt. Die exakte Lösung für die Ausflusszeit wird mit dem Fall vernachlässigbar kleiner Trägheitshöhe verglichen. Wo eine exakte Lösung in geschlossener Form unmöglich erschien, wurde ein Analogrechner benutzt.     

Ein Verfahren zur Lösung parameterabhängiger,nichtlinearer Maximum-Probleme

Zusammenfassung Der Gegenstand dieser Arbeit ist die Behandlung parameterabhängiger Maximum-Probleme mit der Zielsetzung, die optimale Lösung explizit als Funktion des Parameters darzustellen.Zu diesem Zweck wird ein Verfahren entwickelt, das es gestattet, das vorgegebene Parameter-intervall eindeutig so in endlich viele Teilintervalle aufzuteilen, daß sich jedem Teilbereich ein vom Parameter abhängiges Gleichungssystem zuordnen läßt, dessen Lösung mit der optimalen Lösung übereinstimmt. Für Maximum-Probleme mit quadratischer Zielfunktion und linearen Nebenbedingungen sind diese Gleichungssysteme linear. Ihre Auflösung ergibt die Komponenten der optimalen Lösung in der Gestalt von Quotienten gebildet aus Polynomen des Parameters.Als eine Anwendung dieses Verfahrens erhält man eine Methode zur Lösung quadratischer Maximum-Probleme mit streng konkaver Zielfunktion und linearen Nebenbedingungen.

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Summary In this paper parametric maximum problems are treated with the aim to represent the optimal solution explicitly as a function of the parameter.The method developped to this purpose permits to divide the given parameter interval uniquely into a finite number of subintervals in such a manner that it is possible to attach to each of these a system of equations depending from the parameter the solution of which corresponds with the optimal solution. These systems of equations are linear for maximum problems with quadratic object function and linear restrictions. Their solutions give the components of the optimal solution in the form of quotients of polynoms of the parameter.A further extension of this method enables the solution of quadratic maximum problems with strict concave object function and linear restrictions.

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Diese Arbeit wurde von der Deutschen Forschungsgemeinschaft gefördert.

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Vorgel. v.:H. Görtler     

Approximations and bounds for a generalized optimal stopping problem

We study a finite-horizon nonstationary Markovian decision problem, that can be interpreted as generalized optimal stopping and whose solution via the usual dynamic programming is in most practical cases not feasible from a computational point of view. Under certain assumptions, most importantly stochastic monotonicity, upper and lower bounds are obtained for optimal values and decisions using a reduced dynamic programming. From this, a suboptimal policy is derived with an upper bound on its suboptimality. Computational aspects and a particular application from optimal exploratory oil drilling are discussed.

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Zusammenfassung In der Arbeit wird ein nichtstationäres Markowsches Entscheidungsproblem mit endlichem Planungshorizont betrachtet, das als verallgemeinertes Stopp-Problem interpretiert werden kann. Die numerische Lösung des Problems mit Hilfe der üblichen Methode der dynamischen Optimierung ist in der Regel zu rechenaufwendig. Es wird deshalb eine Methode der approximativen Lösung des Problems (mit gewissen Einschränkungen) vorgeschlagen, und es werden obere und untere Schranken für den Optimalwert hergeleitet. Ferner wird eine suboptimale Politik mit einer oberen Schranke für die Suboptimalität angegeben. Abschließend wird ein praktisches Anwendungsbeispiel (optimale Versuchsbohrungen nach Öl) diskutiert, an dem auch rechentechnische Aspekte des entwickelten Lösungsverfahrens erläutert werden.

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Research partially supported by the Consiglio Nazionale delle Ricerche (CNR), Italy, through contract n.80.02343.01 and through GNAFA.     

Motion of a circular viscoplastic plate subject to projectile impact

A method is presented for the solution of problems involving the impact on circular plates of projectiles moving with velocities high enough to produce plastic deformations. The plate material is assumed to obey the Mises-Huber yield condition and its associated flow rule for static deformations and behave as a viscoplastic solid for dynamic deformations. The nonlinear constitutive equations of the material are partially linearized in such a way as to allow the required result to be obtained by superposition of the static rigid perfectly-plastic solution and the dynamical elastic solution of equivalent problems. The method is illustrated by application to the case of a clamped plate struck at the center by a projectile of negligible radius.In addition a method for the rapid estimation of the motion of the projectile after impact is given and the result for the time required to bring the projectile to rest and the consequent central deflection of the plate are obtained.

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Zusammenfassung Es wird eine Methode zur Lösung von Problemen beschrieben, die sich im Zusammenhang mit dem Aufschlag von Geschossen auf kreisförmige Platten ergeben; dabei soll die Geschossgeschwindigkeit so hoch sein, dass plastische Deformationen auftreten. Das Plattenmaterial soll der Mises-Huberschen Fliessbedingung und dem zugehörigen Fliessgesetz für statische Deformationen genügen und sich für dynamische Deformation wie ein viskoplastischer Festkörper verhalten. Die nicht linearen Stoffgleichungen des Materials werden teilweise linearisiert, so dass das gesuchte Resultat als Superposition der statischen starr-ideal-plastischen Lösung und der dynamisch-elastischen Lösung erhalten werden kann. Die Methode wird durch Anwendung auf den Fall einer eingespannten Platte veranschaulicht, auf deren Mittelpunkt ein Geschoss von vernachlässigbarem Radius auftrifft.Ausserdem wird eine Methode zur Abschätzung der Geschossbewegung nach dem Einschlag gegeben und die Zeit vom Aufprall bis zum Stillstand des Geschosses sowie die resultierende Auslenkung des Scheibenmittelpunktes berechnet.

     

The laminar boundary layer on a blunted wedge

Zusammenfassung Es wird die Grenzschicht an einem abgestumpften Keil mit Hilfe der Görtlerschen Reihe berechnet. Man findet, von der Staupunkt-Grenzschicht ausgehend, eine asymptotische Annäherung an die Grenzschichten von Falkner und Skan; die asymptotische Lösung wird mit Hilfe der Reihe sehr befriedigend dargestellt, besonders nach Anwendung von verschiedenen Methoden zur Verbesserung der Konvergenz. Zudem wird die Annäherung an die Lösung im Unendlichen analytisch untersucht, wobei sogenannte asymptotische Eigenfunktionen auftreten.Die rechnerisch ausgewertete Lösung für einen Keil mit rechteckigem Öffnungswinkel kann als Vergleichsfall zur Beurteilung von numerischen Methoden benützt werden.

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To ProfessorHenry Görtler on his sixtieth birthday

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The research carried out at UCSD was supported by the Advanced Research Projects Agency (Project DEFENDER) under Contract No. DA-31-124-ARO-D-257, monitored by the U.S. Army Research Office-Durham.

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The research carried out at Stanford was supported by the Air Force Office of Scientific Research under Contract No. AF49(638)-1274.     

Hydromagnetic flow over a plane wall with uniform suction

Zusammenfassung Diese Abhandlung behandelt die Strömung einer inkompressiblen, zähen und elektrisch leitenden Flüssigkeit über eine ebene Wand mit homogener Absaugung und senkrechtem Magnetfeld. Eine exakte Lösung der hydromagnetischen Gleichungen kann erhalten werden, wenn die magnetische Druckzahl kleiner als eins ist.Aus den Rechnungen findet man, dass sowohl die Reibungsschubspannung als auch die Wärmeübertragung an der Wand unabhängig sind von der hydromagnetischen Wirkung, aber dass die Grenzschichtdicke zunimmt mit der Zunahme des hydromagnetischen Einflusses.Es sei bemerkt, dass keine stationäre Lösung erhalten wird für den Fall des Ausblasens.     

Dynamically possible finite deformations of isotropic,incompressible, elastic-inelastic solids with temperature independent response

Summary In isotropic, incompressible simple materials there are five known families of dynamically possible inhomogeneous finite deformations. It is shown that these deformations are also possible in isotropic, elastic-inelastic materials with temperature independent response. The method of solution is an inverse one. The deformation is specified precisely at the outset, and the problem of finding the surface tractions which are required in order to maintain the deformation is reduced to the problem of solving a system of ordinary differential equations.

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Zusammenfassung In isotropen inkompressiblen einfachen Substanzen mit Gedächtnis gibt es fünf Gruppen von dynamisch möglichen nicht-homogenen Deformationen. In der Arbeit wird gezeigt, dass diese Gruppen von Deformationen auch in isotropen inkompressiblen elastisch-inelastischen Substanzen dynamisch möglich sind. Die vorgeschlagene Methode stellt einen inversen Lösungstyp dar. Die Deformationen werden als gegebene Funktionen der Zeit vorausgesetzt, und das Problem der Berechnung der Oberflächenspannungen, welche diese Deformationen erzeugen, wird auf die Lösung eines Systems von gewöhnlichen Differentialgleichungen reduziert. Es wird auch gezeigt, dass die Anzahl der Gleichungen in diesem System für keine der erwähnten Gruppen von Deformationen 3+n übersteigt, wobein die Zahl der Strukturparameter ist, die die elastisch-inelastische Substanz charakterisieren.

     

Effects of high electrical conductivity in two-dimensional plasma flows

Zusammenfassung Der Einfluss endlicher elektrischer Leitfähigkeit auf die Kopplung zwischen Magnet-feld und Geschwindigkeitsvektor in einer ebenen, sonst dissipationsfreien Plasmaströmung wird theoretisch untersucht. Die Strömungsgleichungen werden mittels Reihenentwicklung nach negativen Potenzen der (hohen) magnetischen Reynoldszahl linearisiert. Als Lösung nullter Ordnung wird eine stationäre, zweidimensionale, dissipationsfreie Strömung durcy einen parallelen Kanal verwendet, die zur Klasse der «aligned-flow» problems,vB ₀, gehört. Das linearisierte Gleichungssystem lässt sich mit Hilfe geeigneter Transformationen durch eine TRICOMISCHE Differentialgleichung samt Rand-und Anfangsbedingungen für nur eine Strömungsvariable des gestörten Problems ersetzen, die der Diffusion des Magnet-felds aufgrund der endlichen Leitfähigkeit durch einen inhomogenen Term Rechnung trägt. Zur Lösung dieser Gleichung wird ein Integraltransformationsverfahren angegeben, das für eine grosse Klasse von über den Kanal variablen Magnetfeldern nullter Ordnung anwendbar ist. Ein solcher Fall wird explizit behandelt und es wird gezeigt, dass durch die Lösung alle anderen Strömungsvariablen 1. Ordnung eindeutig bestimmt sind. Für den Fall konstanten Magnetfeldes in nullter Ordnung lässt sich der Kontakt mit bestehender einschlägiger Literatur herstellen.     

On the propagation of pressure pulses in circular elastic rods

Zusammenfassung Die vorliegende Arbeit befasst sich mit den radialen und axialen Dehnungen in einem einseitig unbegrenzten elastischen Stab mit kreisförmigem Querschnitt. Die Oberfläche des Stabes ist in radialer Richtung frei von Spannungen; in normaler Richtung wird an dem einen Ende eine Druckspannung als zeitlicher Sprungimpuls eingeprägt, wobei die Scherspannung an diesem Ende stets zu Null angenommen wird. Die exakte Lösung wird dargestellt durch komplexe Laplace-Umkehr-Integrale, welche für grosse Fortpflanzungsentfernungen asymptotisch gelöst werden. Insbesondere werden Lösungen gefunden für die Umgebung der Vorläufer der Welle und für die Anstiegsflanke der Druckwelle.