Dynamically determining force functions for non-linear oscillators

Summary The paper catalogues the various phase portraits which can arise in the phase plane of autonomous non-linear oscillators. The methods used involve normal coordinates and blowing up techniques at the origin. It is shown that eight topologically equivalent types of phase portrait can arise. The only types which cannot be completely classified are certain classes of centres and foci. The classification is given in terms of algebraic constraints on the coefficients of the Taylor expansion of the force function.

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Sommario Il lavoro cataloga le varie configurazioni di fase che possono nascere nel piano delle fasi di oscillatori autonomi non lineari. I metodi impiegati fanno uso di coordinate normali e di sviluppi nell'intorno dell'origine. Si mostra che possono nascere otto tipi topologicamente equivalenti di configurazione in fase. I soli tipi che non possono essere completamente classificati sono certe classi di centri e fuochi. La classificazione è data in termini di legami algebrici sui coefficienti dello sviluppo di Taylor della funzione che fornisce la forza.

     

A direct method for constructing solutions of the Hamilton-Jacobi equation

Summary A new method that allows to establish the existence of global solutions of the classical Hamilton-Jacobi equation for a Hamiltonian H(y, x), periodic in (x₁,,x_d), is presented.

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Sommario Si presenta un nuovo metodo che permette di Stabilire l'esistenza di soluzioni globali dell'equazione classica di Hamilton-Jacobi per Hamiltoniane H(y, x), periodiche in (x₁,,x_d).

     

A perturbative-variational method in the theory of collisional transport for symmetric magnetoplasmas

Summary We point out a variational method which is applicable to a class of quiescent collisional magnetoplasmas diffusing from a state near the local thermodynamic equilibrium and enbedded in an equilibrium magnetic field with one ignorable coordinate. A perturbative expansion is introduced for the solution of a variational principle stemming from the drift Fokker-Planck equation and the resulting hierarchy of equations is investigated.

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Sommario Si illustra un metodo variazionale applicabile ad una classe di magnetoplasmi collisionali quiescenti che diffondono da uno strato prossimo all'equilibrio termodinamico locale ed immersi in un campo magnetico di equilibrio con una coordinata ignorabile. Viene introdotto uno sviluppo perturbativo per un principio variazionale ottenuto per l'equazione di deriva di Fokker-Planck e si studia la gerarchia di equazioni perturbative cosi ottenute.

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Presented at «The VI International Conference on Mathematical Physics» (Berlin, August 1981).     

On the behaviour of one-dimensional waves in thermo-viscoelastic fluids

Summary We investigate the behaviour of one-dimensional acceleration waves propagating into a thermo-viscoelastic fluid through a model characterized by constitutive equations with both thermal and viscous relaxation times. The differential equation governing the amplitude of thermomechanical longitudinal waves is shown to be a Bernoulli equation. Waves entering a region at rest in thermal equilibrium are precisely discussed: our results confirm that longitudinal waves are not exceptional. Finally, attention is confined to purely mechanical transverse waves: it is proved that the amplitude of such waves satisfies a linear equation, hence transverse waves propagating into a region at equilibrium are exceptional.

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Sommario Si analizza il comportamento delle onde di accelerazione unidimensionali che si propagano in un fluido termo-viscoelastico caratterizzato da equazioni costitutive con tempi di rilassamento sia termico che viscoso. Si dimostra che l'ampiezza delle onde longitudinali termomeccaniche soddisfa un'equazione differenziale del tipo di Bernoulli. Si esaminano più in dettaglio le onde che entrano in regioni in equilibrio, termico e meccanico: i risultati ottenuti confermano che le onde longitudinali ammesse dalla teoria non sono eccezionali. Infine, si concentra l'attenzione sulle onde trasversali puramente meccaniche: si prova che l'ampiezza di tali onde soddisfa un'equazione lineare, quindi le onde trasversali propagantisi in regioni in equilibrio sono eccezionali.

     

Stability of axisymmetric motions in a rotating inviscid atmosphere

Summary We study the set of ordinary differential equations representing the truncation of the spectral vorticity equation in spherical geometry for two-dimensional, non divergent motions in a homogeneous, inviscid rotating atmosphere. The set of included spectral components represent an arbitrary axisymmetric field of motion (zonal flow) interacting with a couple of non zonal, wave-like perturbations. We analize the stability of the equilibrium configuration described by purely zonal flow, by an esplicit representation of the linear and non-linear parameters which characterize the unstable oscillations induced by perturbations of the equilibrium.

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Sommario Si studiano le soluzioni di un sistema di equazioni differenziali ordinarie che rappresentano il troncamento a poche componenti di Fourier dell'equazione di conservazione della vorticità per moti bidimensionali, non divergenti in una atmosfera rotante, inviscida e omogenea. Tale troncamento include tutte le componenti spettrali che rappresentano flussi a simmetria assiale (moti zonali) in interazione non lineare con una coppia di componenti asimmetriche che rappresentano flussi ondulatori. Si studia la stabilità della configurazione di equilibrio caratterizzata da moto zonale stazionario, analizzando i parametri lineari e non lineari che descrivono le oscillazioni instabili di ampiezza finita del campo di flusso che nascono da condizioni iniziali nell'intorno dell'equilibrio.

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This work was supported by the C.N.R. through the Gruppo Nazionale per la Fisica Matematica.     

Functional methods in three-dimensional neutron transport theory

Summary In this work, we are concerned with the stationary neutron transport Boltzmann equation (in its integral form) in a parallelepiped. Functional methods allow us to prove that the integral transport operator, which is defined in L² space, has eigenvalues depending continuously and monotonically on geometrical and physical parameters. We show that the eigenfunctions are continuous with respect to set of the spatial variables and the optical parameters. Finally, we remark that the same results are valid if the study is carried out in the Banach space C.

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Sommario In questo lavoro consideriamo l'equazione stazionaria di Boltzmann (nella forma integrale) per neutroni monoenergetici nel caso di un sistema tridimensionale a forma di parallelepipedo. L'uso di alcuni metodi dell'analisi funzionale ci permette di provare che l'operatore integrale del trasporto, definito nello spazio L², ha autovalori che dipendono continuamente dai parametri geometrici e fisici. Si prova che le autofunzioni sono continue rispetto all'insieme delle variabili spaziali e dei parametri ottici. Infine, si osserva che gli stessi risultati sono validi se l'operatore del trasporto agisce nello spazio di Banach C.

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Work performed under contract C.N.R. (Gruppo Nazionale per la Fisica Matematica).     

An apparent paradox in the mechanics of strings

We show with a simple example that cases of incompatibility (first displayed by Signorini) between the nonlinear and the linearized version of the same problem occur also in contact problems.

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Sommario Si mostra con un esempio elementare che casi di incompatibilità alla Signorini tra i risultati dello studio non-lineare e di quello linearizzato di uno stesso problema si presentano anche in problemi di contatto.

     

On the Ljapunov stability of a system with known first integrals

Summary The differential equations of the perturbed motion with known independent first integrals are considered, and it is shown that a sufficient condition for the stability of the imperturbed motion of the complete system is given by the total stability of the corresponding solution of a certain reduced system, of lower rank. This theorem finds an interesting application in the study of the stability of the merostatic motions of a holonomic system with ignorable coordinates and acted upon by dissipative forces.

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Sommario Si considerano sistemi di equazioni differenziali del moto perturbato per i quali siano noti alcuni integrali primi indipendenti, e si dimostra che una condizione sufficiente per la stabilità del moto non perturbato del sistema completo è data dalla stabilità totale della corrispondente soluzione di un certo sistema ridotto, di rango inferiore. Questo teorema trova una significativa applicazione nello studio della stabilità dei moti merostatici di un sistema olonomo con coordinate ignorabili e soggetto a sollecitazioni dissipative.

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Research supported by the Gruppo di Ricerca No. 7 of the C. N. R.     

Creep and relaxation in thick-walled shrink-fitted cylinders

Summary We deal with the problem of time dependent stresses and, particularly, of the contact pressure in two thick-walled coaxial shrink-fitted cylinders, when neither of the two elements is rigid.We apply Rabotnov's phenomenological theory of creep in such a way that the integral equation, which gives the time dependent ratio between the contact pressure at a given moment and the starting pressure, is linear. We assume no volume deformation and a plane state of strain.We give the explicit solution in three examples both for an elastic inner cylinder and for a viscoelastic one, solving the integral equations of the problem both by quadratures and by the Laplace transformation inverting the transforms by a numerical method[21].

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Sommario Si affronta il problema della ricerca dell'andamento nel tempo delle tensioni e, in particolar modo, della pressione di contatto in un accoppiamento forzato tra due cilindri cavi coassiali nel caso che nessuno dei due elementi sia rigido.Si applica la teoria fenomenologica per lo scorrimento viscoso del Rabotnov in un modo tale per cui l'equazione integrale, che dà l'andamento nel tempo del rapporto tra la pressione di contatto in un dato istante e la pressione iniziale, è lineare. Si considera nulla la variazione di volume e piano lo stato di deformazione.Si dà la soluzione esplicita in tre esempi per cilindro interno sia elastico sia viscoelastico, risolvendo le equazioni integrali del problema sia per quadrature sia con l'uso della trasformata di Laplace trovando l'antitrasformata con un particolare metodo numerico di inversione[21].

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Disappearance of interfaces in finite time

For the solution of filtration equation with a density which is decreasing at infinity fast enough we found that the interface disappears in finite time.

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Sommario Si considera un problema di filtrazione con densità che decresce all'infinito in modo sufficientemente rapido. Si dimostra che il contorno libero sparisce in tempo finito.

     

Similarity analysis and exact solutions for a general discrete two-velocity model of Boltzmann equation

Summary This paper concerns with the similarity analysis for a general discrete two-velocity model of the Boltzmann equation introduced by Illner [12]. We find the general groups of invariance and we get some exact solutions, recovering general results which contain either solutions extensively described in the literature or undiscovered ones.

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Sommario In questa nota si applica l'analisi dei gruppi infinitesimi di trasformazione ad un modello generale discreto a due velocità dell'equazione di Boltzmann introdotto da Illner [12]. Si trovano i più generali gruppi di invarianza e si ottengono alcune soluzioni esatte, ritrovando risultati generali che contengono sia soluzioni ampiamente descritte in letteratura che nuove soluzioni.

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Work supported by the C.N.R. through the G.N.F.M.     

Absence of turbulence in a unidimensional model of fluid motion (Burgers model)

Summary We study a quasilinear partial differential equation which is a classical unidimensional model of fluid motion (Burgers equation). We consider the problem in a finite interval with stationary boundary conditions. The aim is to see whether the model shows transitions in the asymptotic behaviour as viscosity varies. We show that there is always a unique stationary solution, which is explicitely exhibited, and, by using the Hopf-Cole transformation, that it is globally attractive for any value of the viscosity, both in the homogeneous and inhomogeneous case.

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Sommario In questo lavoro si considera un classico modello unidimensionale della fluidodinamica, consistente in un'equazione alle derivate parziali parabolica quasilineare (equazione di Burgers). Si considera il problema in un intervallo con condizioni al contorno stazionarie. L'intento è quello di indagare se il modello presenta transizioni nel comportamento asintotico al variare della viscosità. Facendo uso della trasformazione di Hopf-Cole si trova che la soluzione stazionaria (che viene calcolata esplicitamente) è globalmente attrattiva per ogni valore della viscosità, sia nel caso omogeneo che in presenza di una forza.

     

On the Prigogine theory of traffic flow: Driver's program independent of concentration

Summary The Prigogine kinetic equation for traffic flow is considered. It is shown that the relaxation term, whose actual form was introduced by Prigogine for reasons of mathematical simplicity, can be derived from two «structural» assumptions. This procedure shows that the relaxation term is effectively able to account for the time spent in a queue by the vehicles. Since the factorization of the desired velocity distribution is uncompatible with the assumption that the program of each driver is independent of the local concentration, a modification of the Prigogine theory was recently introduced by Paveri Fontana replacing the relaxation term by a new term. We prove that the Paveri term implies a vanishing queueing time. We show also that the assumption of an invariant driver's program can be taken into account without introducing the factorization of the desired velocity distribution with no modification of the basic assumptions of the Prigogine model.

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Sommario Si considera l'equazione cinetica del traffico di Prigogine. Si dimostra che il termine di rilassamento, la cui forma fu introdotta da Prigogine per ragioni di semplicità matematica, si può ricavare da due ipotesi «strutturali». Si dimostra cosi che il termine di rilassamento tiene conto del tempo trascorso in coda dal veicolo. Poichè la fattorizzazione della distribuzione della velocità desiderata è incompatibile con l'ipotesi che il programma di ciascun guidatore sia indipendente dalla concentrazione locale, Paveri Fontana introdusse una modificazione della teoria di Prigogine sostituendo il termine di rilassamento con un nuovo termine. Si dimostra che il termine di Paveri implica un tempo di residenza in coda nullo. Si dimostra anche che l'ipotesi di programma invariante si può tenere in conto senza introdurre la fattorizzazione della distribuzione della velocità desiderata e senza modificare le ipotesi fondamentali del modello di Prigogine.

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This work was supported by the Italian Consiglio Nazionale delle Ricerche, under a research contract of the Mathematical Committee.     

On the disappearence of shear waves and longitudinal waves in a solid body subject to high stresses and large strains

Summary This paper deals with acceleration waves in viscoplasticity and elasticity. It is shown that the governing system of partial differential equations may lose hyperbolicity, i.e., acceleration waves will not propagate in the presence of sufficiently large strains and stresses. A possible application to geophysics is also briefly discussed.

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Sommario L'articolo tratta di onde di accelerazione in mezzi viscoplastici ed elastici. Si mostra che il sistema di equazioni che regge il moto può perdere la propria iperbolicità, cioè, che le onde di accelerazione non si propagano in presenza di sforzi e deformazioni sufficientemente grandi. Si discute infine una possibile applicazione in geofisica.

     

On the free motions of a uniform elastic helicoidal bar

Summary A thorough and rigorous analysis for the decoupling of a first-order partial differential system of four (3×1)-vectorial equations (with constant coefficients), governing the free three-dimensional dynamic equilibrium of an arc element of an elastic circular helicoidal bar, is presented. Through this decoupling procedure the equivalent to the system differential equation, with respect to one of the generalized displacements, results of the twelfth-order. Under the assumption that the general integral of this equation is given and for the most general case of response, the transcendental equation for the determination of the natural frequencies of the system is formulated. Finally, as an application on the method and under some restrictions the general integral of the differential equation of harmonic motions of an elastic helicoidal bar is determined in the form of elementary functions.

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Sommario Si presenta un'analisi completa e rigorosa al fine di disaccoppiare un sistema di quattro equazioni vettoriali ordinarie (a coefficienti costanti) che governano l'equilibrio dinamico tridimensionale libero di un elemento d'arco di una barra eliocoidale elastica. Attraverso questo procedimento di disaccoppiamento il sistema differenziale equivalente risulta, rispetto ad uno degli spostamenti generalizzati, del dodicesimo ordine. Sotto l'ipotesi che l'integrale generale di questa equazione sia dato si formula, per il tipo più generale di risposta, l'equazione trascendente che determina le frequenze naturali del sistema. Infine, come applicazione del metodo e sotto alcune ipotesi restrittive, si determina l'integrale generale dell'equazione differenziale dei moti armonici di una barra elicoidale elastica per mezzo di funzioni elementari.

     

Similarity solutions and spherical discontinuity waves in hyperelastic materials subject to a non constant deformation

Summary The full group analysis is applied to the second order equation governing the deformation of a homogeneous isotropic hyperelastic material. Some exact similarity solutions are obtained corresponding to classes of materials compatible with the conditions of invariance. The propagation of spherical discontinuity waves is then considered in a non-constant state characterized by the above mentioned solutions. The occurrence of shock waves is discussed.

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Sommario Si fa l'analisi gruppale completa dell'equazione del seconda ordine che governa le deformazioni di un mezzo iperelastico omogeneo ed isotropo. Si caratterizzano alcune soluzioni esatte di similaritá che corrispondono a classi di materiali compatibili con le condizioni di invarianza. Si studia la propagazione di onde sferiche di discontinuitá in uno stato non costante caratterizzato dalle soluzioni suddette.

     

Wave scattering from biased elastic dielectrics

The scattering of harmonic transverse waves is studied in a layered solid half-space which is prestressed and electrically biased. Electromechanic modes propagating normally to the stratification planes are analyzed using a wave-splitting method and a sufficient condition is derived for the existence of the solution. The invariant imbedding technique is employed to obtain a differential equation for the reflectivity matrix. This equation is exploited to formulate the inverse problem whose solution is presented in an iterative form. A useful result is then established about the convergence of the series so determined.

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Sommario Si studia la propagazione di onde armoniche trasversali in un semispazio occupato da un dielettrico elastico stratificato, soggetto a prestress ed elettricamente polarizzato. Si analizzano in particolare i modi elettromeccanici che si propagano normalmente ai piani di stratificazione facendo uso del metodo di wave-splitting e ottenendo una condizione sufficiente per l'esistenza della soluzione. Si riformula poi il problema mediante una equazione di Riccati per la matrice dei coefficienti di riflessione al fine di presentare una soluzione iterativa per il problema inverso. Si dimostra un utile risultato sulla convergenza di questa soluzione.

     

Breakup régimes and self-sustained pulsations in coaxial jets

We report on a new flow pattern transition observed in a coaxial jet configuration. Above a critical momentum ratio between the outer and the inner stream, it is found experimentally that the inner potential core breaks down into an unsteady recirculation bubble. The origin of the transition is explained and an expression for the critical velocity ratio is derived. The nature and the features of the pulsation of the bubble are discussed using an original evolution equation which relies on the interplay between the linear growth rate of the jet mixing layer disturbances and the recirculating flow induced delay of the non-linear saturation.

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Sommario In questo articolo si discute di un nuovo tipo di transizione di flusso osservata in una configurazione di getto coassiale. Si stabilisce sperimentalmente che il potenziale interno disgrega la parte interna del flusso in una ricircolazione instabile a bolla oltre un valore critico nel rapporto tra la corrente interna e quella esterna. Viene spiegata l'origine della transizione e viene derivata l'espressione della velocità critica. Sono discusse, inoltre, la natura e le caratteristiche della pulsazione della bolla, avendo a disposizione una equazione di evoluzione originale che evidenzia l'influenza reciproca tra la crescita lineare dei disturbi dello strato di mescolamento del getto ed il flusso ricircolante, che induce il ritardo della saturazione non-lineare.

     

Combustion with phase transition

The paper deals with a mathematical problem describing an exothermic chemical reaction in a diffusing substance possibly undergoing a change of phase. Global well-posedness in the classical sense is proved for the corresponding system of PDEs. Moreover, cases in which the phases are separated by sharp interphases or by transition regions are discussed. The limit case of negligible diffusion is also considered.

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Sommario Si studia il problema matematico che descrive una reazione chimica esotermica in una sostanza che diffonde e puo' subire cambiamenti di fase. Si dimostra esistenza globale in senso classico del relativo sistema di equazioni alle derivate parziali e si discute la possibilita' che le fasi siano separate da una regione di transizione e non da una netta superficie di interfase. Il caso limite di assenza di diffusione e' anche brevemente esaminato.

     

Topological methods for transients of driven systems

We consider the application of topological methods (such as knot, braid and Nielsen-Thurston theory) to transient, rather than periodic, orbits of periodically-forced nonlinear oscillators. The methods are restricted to systems with a three-dimensional phase space.

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Sommario Si considera l'applicazione di metodi topologici (basati sulle teorie dei nodi, delle trecce e di Nielsen-Thurston) allo studio delle orbite transitorie, piuttosto che stazionarie, di oscillatori nonlineari forzati periodicamente. Tali applicazioni sono ristrette a sistemi aventi spazio delle fasi tridimensionale.