On the equations of balance for mixtures constructed by means of classical statistical mechanics

Summary We use the techniques of an earlier paper to construct gross quantities and equations of balance for each constituent of a mixture as well as for the whole mixture. The equations of balance for mass, linear momentum and energy for the constituents are similar to those proposed by TRUESDELL, but here growth terms are absent and the peculiar stress tensor and heat flux vector have different interpretations than TRUESDELL's. We also show that the gross fields for the mixture, and the equations they satisfy, can be obtained by suitably adding their analogues for the constituents. In spite of the fact that the internal forces on the ^th constituent are described by means of a peculiar stress tensor T, we show that this theory does not give rise to the paradox considered and resolved by GURTIN, OLIVER & WILLIAMS.

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Sommario Mediante tecniche presentate in un precedente lavoro costruisco campi macroscopici ed equazioni di bilancio per ogni componente di una miscela cosi come per la miscela nel suo complesso. Le equazioni di bilancio per la massa, la quantità di moto e l'energia per i costituenti sono simili a quelle proposte da TRUESDELL, ma qui mancano i termini di sorgente, inoltre il tensore degli sforzi e il vettore flusso termico hanno interpretazioni diverse da quelle di TRUESDELL. Mostro che i campi macroscopici, e le equazioni che essi soddisfano, si ottengono sommando opportunamente gli analoghi costruiti per i componenti. Malgrado le forze interne su un componente vengano rappresentate mediante un tensore degli sforzi, mostro che questa teoria non da luogo al paradosso analizzato e risolto da GURTIN, OLIVER & WILLIAMS.

     

On the turbulent couette flow of an incompressible fluid with temperature-dependent viscosity

Summary Starting from energy and Navier-Stokes equations with temperature-dependent viscosity, we have obtained the Reynolds equations for the mean values of velocity, temperature and pressure. We have then applied these equations to the Couette flow; on the well-known hypothesis of mixing-length and Prandtl turbulent number, the above mentioned relations have been written in a more amenable form.Some general considerations concerning the reciprocal dependence between temperature and velocity gradients at wall have been deduced.Finally some solutions numerically obtained for several values of Reynolds number are given and discussed in some detail to point out the influence of the temperature-dependent viscosity.

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Sommario Introducendo nelle equazioni dell'energia e di Navier-Stokes le parti medie e fluttuanti della velocità, temperatura, pressione e viscosità, vengono ricavate le cosiddette equazioni di Reynolds, ossia le equazioni che descrivono i campi di velocità e temperatura medi. Dal confronto di quest'ultime, in cui la viscosità è considerata dipendente dalla temperatura, con quelle originarie di Reynolds si deduce la forma che nel caso in esame assumono gli sforzi apparenti.Successivamente le equazioni ottenute vengono applicate al moto a Couette e discusse, dopo aver introdotto in esse le ipotesi della lunghezza di miscelamento e del numero di Prandtl turbolento; da questa analisi vengono tratte alcune conclusioni di carattere generale riguardanti i legami tra il campo dinamico e quello termico. Infine vengono date alcune soluzioni ottenute per via numerica, le quali illustrano l'influenza che sulle distribuzioni di temperatura e velocità viene esercitata dalla dipendenza della viscosità dalla temperatura.

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Dissipativity and Lie-admissible algebras

Summary The validity of Hamiltonian mechanics and Lie algebra invariance for free fields and their difficulties for interacting fields are recalled. The role of dissipativity is discussed as an approach allowing the introduction for interacting regions of larger analytical dynamics and algebraic formulations related by the enlarged bracket. A working criterion is introduced in terms of Lie-admissible algebras and the pseudo-Hamiltonian mechanics introduced by R. J. Duffin for discrete dissipative systems is considered as an explicit choice able to reduce to the Hamiltonian mechanics when the systems become conservative. An example of dissipative plasma is explicitly investigated. Furthermore the procedure is extended to continuous systems and classical interpolating dissipative fields induced by Lie-admissible structures are constructed.

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Sommario Si richiama la validità della Meccanica Hamiltoniana e l'invarianza secondo le algebre di Lie per campi liberi, insieme alle loro difficoltà per campi interagenti. Si discute il ruolo della dissipatività dei campi interpolati come un indirizzo che permette l'introduzione per le regioni di interazione di più larghe strutture analitiche ed algebriche connesse da parentesi di Poisson generalizzate. Si introduce un criterio di lavoro espresso in termini di algebre Lie-ammissibili, il quale da luogo alla Meccanica Pseudo-Hamiltoniana introdotta da R. J. Duffin nel 1962 per sistemi classici, discreti e dissipativi. Come esempio di applicazione fisica si costruisce un modello di plasma dissipativo e si mostra come i parametri della formulazione influenzano il vettore corrente elettrica ed il tensore di conduttività. Inoltre la procedura viene estesa a sistemi classici, continui e dissipativi costruendo, come applicazione, alcuni esempi di equazioni differenziali per campi interpolati indotte da strutture di tipo Lieammissibile.

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This research was carried out at the Center for Theoretical Studies, University of Miami, Coral Gables, Florida and was supported by U.S. Air Force Contract No. 49 (638)-1260 and NASA Contract No. NASA NGR 10-007-010.     

Dynamical equations of constrained robotic devices

Summary Different forms of the dynamical equations for constrained chain systems are investigated. First Kane's equations with Lagrange's multipliers are deduced from the standard form of d'Alembert's principle. Next it is proved that, even for constrained robotic devices, Euler's equations are equivalent to Kane's equations provided only that relative coordinates are employed. This equivalence yields an outstanding mechanical interpretation of Kane's equations. The possibility of applying the procedure to closed-loop multibody systems is also examined.

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Sommario Vengono esaminate diverse formulazioni delle equazioni del moto per catene di corpi rigidi soggette a vincoli. Vengono dedotte le equazioni di Kane con moltiplicatori di Lagrange partendo dalla formulazione usuale del principio di d'Alembert. Viene poi provato che anche per i manipolatori vincolati le equazioni di Eulero sono equivalenti a quelle di Kane, purché vengano usate coordinate relative. Tale equivalenza fornisce una significativa interpretazione meccanica delle equazioni di Kane. Infine viene discussa la possibilità di applicare la procedura a sistemi a molti corpi con catene cinematiche chiuse.

     

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.

     

Hodograph relativistic equations of plane flows

Summary Various forms of hodograph equations for relativistic irrotational steady plane flows are worked out. The transformation from the hodograph to the physical plane is studied. Elementary solutions of these equations are found. An approximate hodograph equation for relativistic transonic flows is determined.

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Sommario Si ricavano, in diverse forme, le equazioni odografiche per le correnti relativistiche irrotazionali stazionarie piane. Si esamina il passaggio dal piano odografico al piano fisico. Si trovano alcune soluzioni elementari delle dette equazioni. Si determina un'equazione odografica approssimata per le correnti transoniche relativistiche.

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

Equations of Motion of an Asymmetric Timoshenko Shaft

The equations of motion of an asymmetric Timoshenko shaft, that is having unequal principal moments of inertia, are derived within the framework of the Lagrangian formulation for continuous systems and fields. The Lagrangian density of the system is calculated in a moving frame, that is a rotating frame attached to the deformed shaft, and proves to depend on the four Lagrangian variables (fields) of the system and their first derivatives w.r.t. space and time.On account of general results of the theory of continuous systems and fields, the four Lagrange's equations of motion are derived from the Lagrangian density and are successively reduced to the two usual equations in the displacements.The procedure described in this work is compared with both a different Lagrangian formulation, based on the use of a floating frame, that is a rotating frame attached to the undeformed shaft, and the well-known Newtonian approach adopted by Dimentberg. Sommario. Si applica la formulazione lagrangiana per i sistemi continui e i campi per ricavare le equazioni del moto di un albero di Timoshenko asimmetrico, la cui sezione presenta cioé momenti principali dinerzia diversi. La densità di lagrangiana è calcolata in un sistema di riferimento rotante solidale allalbero deformato e risulta essere funzione delle quattro variabili lagrangiane (campi) del sistema e delle loro derivate prime rispetto allo spazio e al tempo.In accordo con i risultati generali della teoria dei sistemi continui e dei campi, si ricavano, a partire dalla densità di lagrangiana, le quattro equazioni di Lagrange successivamente ridotte alle due classiche equazioni rispetto ai soli spostamenti.Il procedimento proposto viene messo a confronto con una diversa formulazione lagrangiana, basata sulluso di un sistema di riferimento rotante solidale allalbero indeformato, e con la ben nota formulazione newtoniana adottata da Dimentberg.     

Shock structure for heat conducting and viscid fluids

Summary The structure of plane steady shock waves is investigated for a class of theories of heat-conducting and viscid fluids which avoid the well-known difficulties of the Navier-Stokes-Fourier equations for high-frequency sound waves and acceleration waves.It is demonstrated that a unique continuous and stable shock structure exists only for sufficiently low Mach numbers.

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Sommario Si studia la struttura delle onde d'urto piane in una classe di teorie dei fluidi dissipativi che risolvono le note difficoltà delle equazioni di Navier-Stokes-Fourier per le onde sonore di alta frequenza e per le onde d'accelerazione.Si dimostra che una soluzione unica, continua e stabile esiste solo per numeri di Mach sufficientemente piccoli.

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Research supported by C.N.R., G.N.F.M.     

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.

     

“Modified” phase equilibria

Summary The Authors examine first and second order phase equilibria for classical bodies in the sense of Toupin and Truesdell[9], by assuming a partial equality between the intensive thermal substates of the two phases.In the case of first order equilibria, a system of partial differential equations for the equilibrium manifold is proposed. This system, which reduces to the generalized Clapeyron equations on the assumption of complete equality of the intensive variables[13], is shown to be always integrable.In the case of second order equilibria, a similar modification of the generalized Ehrenfest equations[14] is proved. A straight-forward derivation of the integrability conditions for the system of partial differential equations is given.

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Sommario Gli Autori esaminano gli equilibri di fase del primo e del secondo ordine per corpi classici nel senso di Toupin and Truesdell[9], nella ipotesi di eguaglianza parziale dei sottostati termici intensivi delle due fasi.Nel caso di equilibri del primo ordine gli Autori deducono un sistema di equazioni alle derivate parziali per la varietà di equilibrio, estendendo le equazioni di Clapeyron generalizzate relative agli equilibri di fase con completa eguaglianza delle variabili intensive[13]. Vengono ricavate e discusse le condizioni di integrabilità del sistema.Per gli equilibri del secondo ordine, gli Autori pervengono ad un sistema di equazioni che estende le equazioni di Ehrenfest generalizzate, perchè rimuovono l'ipotesi di totale eguaglianza delle variabili intensive[14]. Anche di questo sistema vengono ricavate le condizioni di integrabilità.

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Work supported by the Gruppo Nazionale per la Fisica Matematica, C.N.R.     

A direct nonlinear theory of elastic membranes

Summary The authors develop a nonlinear theory of elastic membranes which accounts for thickness effects. By assuming the existence of a strain energy function and postulating a principle of virtual work which governs the mechanical behavior of an elastic directed surface, the field equations and the general constitutive relations are obtained for both the compressible and incompressible case. These equations are identical with those arrived at by a suitable limiting process applied to the three dimensional equations of nonlinear elasticity.

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Sommario Gli autori sviluppano una teoria non lineare delle membrane elastiche che tiene conto degli effetti dello spessore. Assumendo l'esistenza di una funzione energia di deformazione e postulando un principio di lavoro virtuale che governa il comportamento meccanico di una superficie elastica orientata si ottengono le equazioni di campo e le relazioni costitutive generali sia per il caso compressibile che per l'incompressibile. Queste equazioni sono identiche a quelle a cui si arriva con un opportuno processo di limite applicato alle equazioni tridimensionali della elasticità non lineare.

     

Large amplitude internal gravity waves in stably stratified fluids: Linear model

Summary In this paper, we consider a linear model for internal waves in a stratified fluid. The equations are generalised by Fourier analysis after the manner of Scorer(1949) who considered an infinite atmosphere.

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Sommario Si considera un modello lineare per le onde interne in un fluido stratificato. Le equazioni sono generalizzate con un'analisi di Fourier secondo il metodo di Scorer(1949) che ha considerato un'atmosfera infinita.

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Vector green's function method for unsteady Navier-Stokes equations

Summary The Green's function method is reformulated in general terms to treat vector unsteady and nonlinear equations. The particular expressions of the adjoint linear operator, the Green's formula and the integral representation of the solution are derived for unsteady Navier Stokes equations. The appropriate fundamental solutions for incompressible and for certain compressible flows have been obtained in closed form. Both the positive features and the possible limits of the method are briefly outlined.

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Sommario Si riformula in termini generali il metodo della funzione di Green per estenderlo al caso di equazioni vettoriali e non lineari. In particolare si ricavano le espressioni della formula di Green e della rappresentazione integrale della soluzione per le equazioni di Navier Stokes non stazionarie. Si ottengono le soluzioni fondamentali in forma chiusa sia per il caso di fluidi comprimibili che incomprimibili. Si discutono infine brevemente i lati positivi ed i possibili limiti della metodologia illustrata.

     

Separation points in laminar flows

This paper presents an approximate method for determining separation points in laminar flows. The method of solution of the boundary layer equations uses two integrated equations: the main characteristic of the method is that its approximations (based on a representation of the velocity profiles by means of the Taylor formula) are only in integrals. The first-order approximation gives the solution in closed form and is accurate for accelerated flows and for decelerated flows when the non-dimensional axial derivative of the pressurep _x is less than 0.5: for stronger adverse pressure gradients accurate results are obtained by means of the third approximation.The same method was applied successfully to the energy equation.

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Sommario Questo lavoro presenta un metodo approssimato per determinare i punti di separazione in flussi laminari. Il metodo di soluzione delle equazioni dello strato limite utilizza le derivate dell'equazione della quantita' di moto e due equazioni integrate: la caratteristica fondamentale del metodo risiede nell'approssimare (mediante una rappresentazione dei profili di velocita' basata sulla formula di Taylor) solo integrali. La prima approssimazione da' la soluzione in forma chiusa ed e' accurata per flussi accelerati e per flussi decelerati quando la derivata della pressione assiale in forma adimensionalep _x e' minore di 0.5: per gradienti di pressione piu' sfavorevoli risultati accurati si hanno con la terza approssimazione. Lo stesso metodo e' stato applicato con successo all'equazione dell'energia.

     

On the phase transitions in fluid mixtures

Summary The integral equations of balance for a binary fluid mixture are stated when the mixture presents two phases which are separated by an interface. The equilibrium conditions are derived together with the Gibbs phase rule for plane interfaces. The theory is extended to the mixture with three phases.

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Sommario Si scrivono le equazioni integrali del bilancio per una miscela fluida binaria che una interfaccia separa dalla miscela del suo vapore. Si derivano le condizioni di equilibrio e, nel caso di interfaccia piana, la regola delle fasi di Gibbs. La teoria proposta è poi estesa a sistemi di miscela binaria con tre fasi.

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This paper is made under the auspices of G.N.F.M. of the Italian C.N.R.     

Variational deduction of spinor field equations

Summary A first-rank spinor is shown to be expressible by means of the spinor derivalives of a potential spinor. It is then possible, when considering a space-time field characterized by a pair of first-rank spinors and by the respective complex conjugates, to deduce all field equations from a variational principle, by working an arbitrary variation on the potential spinors and on the respective conjugates.Appropriately particularizing the Lagrangian density, Dirac equations for particles of spin 1/2 are derived.Some results obtained, in a recent work, for second-rank symmetric spinors are so extended to the first-rank spinors.

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Sommario Si dimostra che uno spinore semplice si può esprimere mediante le derivate di uno spinore potenziale. Ciò permette, per un campo spazio-temporale individuato da una coppia di spinori semplici e dai rispettivi coniugati, di dedurre tutte le equazioni di campo da un principio variazionale, operando la variazione sui potenziali.Per una opportuna scelta della Lagrangiana, si deducono le equazioni di Dirac per particelle di spin 1/2.Vengono così estesi agli spinori semplici alcuni risultati stabiliti, in un recente lavoro, per gli spinori doppi simmetrici.

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

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.

     

Strange nonlinear behaviour governed by a set of four averaged amplitude equations

Oscillations of a string-type generator with a time-delay amplifier are studied. Nonlinear dynamics of this system is governed by a set of partial, ordinary and integral equations with a time delay. First, an analytical perturbation method (supported by symbolic computation) which yields the averaged amplitude equations (AVE) is presented and then the amplitude equations are analysed numerically, showing some surprising phenomena.

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Sommario Si studiano le oscillazioni di un modello elettromeccanico monodimensionale con amplificatore. La dinamica non lineare del sistema è retta da un sistema di equazioni misto (alle derivate parziali, ordinaria e integrale) con un ritardo temporale. Viene presentata dapprima una procedura analitica perturbativa (supportata dalla manipolazione simbolica) che fornisce le equazioni di modulazione dell' ampiezza con il metodo della media; successivamente, si analizzano numericamente tali equazioni evidenziando alcuni interessanti fenomeni dinamici.

     

Thermodynamic theory for porous piezoelectric materials

In the context of a temperature rate-dependent formulation of thermodynamics for porous piezoelectric materials, we derive the basic equations of the linear theory by discussing restrictions on constitutive equations with the help of an antropy production inequality proposed by Green and Laws. Some basic theorems concerning reciprocity and uniqueness are also established.

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Sommario Nell'ambito di una teoria della termoelasticità generalizzata si stabiliscono le equazioni di base per mezzi piezoelecttrici porosi. Si studiano, inoitre, alcuni teoremi di reciprocità e unicità.

     

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.