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.

     

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.

     

Group analysis and similarity solutions of the compressible boundary layer equations

Summary In this paper the application of Lie's methods to the equations of the laminar boundary layer is discussed. The momentum and energy equations in Prandtl's form are considered for a steady, viscous, compressible laminar flow with non zero pressure gradient, variable viscosity and thermal conductivity. Group analysis yields similarity solutions for given pressure distributions and particular values of the invariance group parameters (group classification). Crocco's transformation is obtained for the infinite-dimensional group of the Lie's algebra admitted by the equations.

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Sommario In questa nota si applicano i metodi di Lie alle equazioni dello strato limite laminare nella forma di Prandtl per un fluido viscoso, compressibile, con gradiente di pressione non nullo e con viscosità e conducibilità termica variabili. L'analisi gruppale fornisce soluzioni di similarità per date distribuzioni di pressione e valori particolari dei parametri del gruppo di invarianza. La trasformazione di Crocco si ottiene in corrispondenza della parte infinito-dimensionale dell'algebra di Lie ammessa dalle equazioni.

     

Constitutive equations for no-tension materials

Summary For a material which is incapable of sustaining tensile stresses (no-tension material, NTM), the local stability postulate is utilized in order to derive the appropriate equations which relate, within general 3D situations, cracking strain states and stress states to each other. Several alternative forms of these equations are discussed, either in terms of stress and strain components, or in terms of stress and strain invariants. The results obtained improve known results regarding the NTM's.

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Sommario Per un materiale non resistente a trazione in stati di tensione e deformazione triassiali viene utilizzato il postulate di stabilità locale per ottenere appropriate equazioni che mettono in relazione gli stati di deformazione fragile (o fessurativa) con gli stati di tensione. Sono discusse alcune forme alternative di queste equazioni espresse in termini di componenti di tensione e di deformazione, oppure in termini di invarianti delle tensioni e delle deformazioni. I risultati ottenuti comprovano e arricchiscono noti risultati riguardanti i materiali che non resistono a trazione.

     

Extension of Von Karman ansatz to magnetohydrodynamics

Summary The steady-state axisymmetric motion of an incompressible viscous conducting fluid is studied in the framework of the magnetohydrodynamical model. An ansatz is introduced on the radial dependences of the velocity and magnetic fields, which extends the one used by Von Kármán in the purely hydrodynamical case. It is shown how the extended ansatz can be characterized much in the same way as in hydrodynamics and how it reduces the magnetohydrodynamical system of partial differential equations to a system of ordinary differential equations. The solutions of these equations can be found in exact form in some simplified situations, while, in the general case, numerical approximation methods seem to be the only successful solution procedures.

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Sommario Il moto stazionario a simmetria assiale di un fluido conduttore viscoso incomprimibile viene studiato nell'ambito del modello magnetoidrodinamico. In esso vengono introdotte delle ipotesi sulla dipendenza radiale del campo di velocità e del campo magnetico, ipotesi che costituiscono una estensione di quelle introdotte da Von Kármán nel caso puramente idrodinamico. Si dimostra come anche in magnetoidrodinamica l'ansatz di Von Kármán sia suscet-tibile di una caratterizzazione molto simile a quella nota per l'idrodinamica e come, inoltre, riduca il sistema di equazioni alle derivate parziali, che sono alla base del modello, ad un sistema di equazioni differenziali ordinarie. Soluzioni di tali equazioni possono essere trovate in forma analitica in alcune situazioni semplificate, mentre, nel caso generale, metodi di approssimazione numerica sembrano costituire le uniche procedure di risoluzione in grado di fornire dei risultati.

     

On balance equations for materials with affine structure

Summary The equations of balance of mass, inertia, momentum and generalized moment of momentum for materials with affine structure are derived as consequences of the invariance under change of observer of a postulated law of energy balance.

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Sommario Si deducono le equazioni di bilancio di massa, inerzia, quantità di moto e momento generalizzato della quantità di moto per materiali con struttura affine, come conseguenze dell'invarianza al cambiamento di osservatore di un conveniente principio di bilancio dell'energia.

     

Three-dimensional shapes of looped DNA

The equilibrium shapes of a closed DNA are investigated by employing a model of a thin, homogeneous, isotropic, linearly elastic rod of circular cross section. An equilibrium configuration of such an initially straight and twisted rod, submitted to external forces and moments at its ends only, obeys equations identical to those governing the rotation of a symmetric gyrostat spinning about a fixed point in a gravitational field (the Kirchhoff analogy). To represent the equilibrium of the looped DNA, the model rod must be smoothly closed into a ring. The corresponding BVP results in a system of four nonlinear equations with respect to four parameters. The perturbation analysis and the parameter continuation approach are used to find nonplanar solutions. The conformation change is discussed for various values of parameters.

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Sommario Si analizzano le configurazioni di equilibrio di una molecola chiusa di DNA per mezzo di un modello di trave sottile, omogenea, isotropa e linearmente elastica, con sezione circolare. La configurazione di equilibrio di una tale trave, inizialmente rettilinea e poi ritorta, soggetta a forze esterne e momenti solo alle sue estremità, è descritta dalla soluzione di equazioni identiche a quelle che governano il moto di un girostato simmetrico in rotazione intorno ad un punto fisso in un campo gravitazionale (l'analogie di Kirchhoff). Per poter rappresentare l'equilibrio del cappio di DNA, il modello di trave deve essere racchiuso in un anello, Il corrispondente problema al contorno consiste in un sistema di quattro equazioni nonlineari rispetto a quattro parametri. Le soluzioni del problema fuori del piano vengono ottenute tramite l'analisi perturbativa ed una procedura di continuazione al variare di un parametro. Si discutono le modifiche di configurazione del sistema per diversi valori dei parametri.

     

Equations of motion of a multibody system and Lie groups

Usually, the methods used for forming the equations relating to the motion of a complex system are based either on the use of general theorems or on the use of conventional techniques of analytical mechanics (Lagrange or Hamilton equations). In this case the formation of the equations of motion was made using a method allowing us to draft these equations in a more synthetic form. It uses the properties of the displacement group as a LIE group. Its main advantage is that it allows a totally intrinsic analytical calculation in the vector space of the wrenches or complex forces [8]. A symbolic calculus code has been designed in order to apply this approach. Initially, we have used and tested it in any open loop multibody system. The symbolic calculus code was applied, for instance, in the context of a study into the crash of a vehicle driven into a barrier.

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Sommario I metodi più comunemente usati per formulare le equazioni relative al moto di un sistema complesso si basano o su teoremi generali o su tecniche convenzionali della meccanica analitica (equazioni di Lagrange o di Hamilton). Nel presente studio, invece, le equazioni del moto vengono formulate usando una metologia che ne permette la scrittura in una forma più sintetica, sfruttando le proprietà del gruppo degli spostamenti come di un gruppo di Lie: il principale vantaggio del metodo è di permettere un calcolo analitico totalmente intrinseco nello spazio vettoriale delle forze complesse [8]. Per poter applicare questo approccio, è stato sviluppato un codice di calcolo simbolico. Per cominciare, l'approccio è stato usato e sperimentato per un generico sistema multicorpo a loop aperto: per esempio, nel contesto di uno studio sull'urto di un veicolo su di una barriera.

     

The thermodynamics of fatigue-sensitive materials

Summary In this paper we derive the restrictions on the constitutive equations of a class of materials having perfect memory on a bounded interval of time in their past history. These restrictions are imposed by the Clausius-Duhem inequality and by the requirements of physically reasonable response to temperature changes and to displacement.

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Sommario In questo lavoro si deducono le restrizioni sulle equazioni costitutive di una classe di materiali aventi memoria perfetta su un intervallo di tempo limitato della loro storia. Queste restrizioni sono imposte dalla disuguaglianza di Clausius-Duhem e dall'esigenza di risposte fisicamente attendibili ai cambi di temperatura e di spostamento.

     

On the motion of a variable-mass rotor in a particular transient

Summary This paper considers a variable mass and diameter rotor having constant peripheral speed. Such rotor sketches a bobbin on which tape or wire are wound. Two methods of solution are being compared: the first one performs the integration of the movement equations following the Runge-Kutta method; the second, using the Bessel functions, reduces the integration itself to the solution of four differential equations of the first order independent from each other. The latter method offers greater numerical stability and requires less computing time. A numerical example is given.

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Sommario Si studia un rotore a massa e diametro variabile in cui viene mantenuta costante la velocità periferica. Tale rotore schematizza un rocchetto sul quale si avvolge filo o nastro. Si confrontano due metodi di calcolo: uno che, per la integrazione delle equazioni del moto, fa uso del metodo di Runge-Kutta, l'altro che, con l'impiego delle funzioni di Bessel, riconduce l'integrazione stessa alla integrazione di quattro equazioni differenziali del primo ordine del tutto indipendenti fra loro. Il secondo metodo presenta maggiore stabilità e richiede minore tempo di calcolo. Un esempio conclude la Nota.

     

Computer simulation of a viscous channel flow

Summary A numerical solution of the two — dimensional Navier — Stokes equations for the flow in a duct between parallel plates in the presence of a diaphragm with an orifice at Reynolds number Re=1800 is presented. The plots of the resulting streamlines are illustrated and the computed discharge coefficient is compared with the experimental results.

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Sommario Si presenta una soluzione numerica delle equazioni di Navier-Stokes bidimensionali in un condotto tra lastre parallelel in presenza di un diaframma forato al numero di Reynolds Re=1800. Si illustrano i grafici delle linee di corrente ottenute e si fa un confronto tra il coefficiente di portata calcolato e i risultati sperimentali.

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This work was done under the auspices of the CNR Research Groups.     

Kinematics of single-loop mechanisms and serial robot arms: A systematic approach

This paper presents a systematic approach, based on displacement group properties, to the kinematic analysis of spatial linkages with one closed loop and to the solution of the inverse kinematic problem for robot manipulators. By using the proposed approach, a set of kinematic chains can be determined such that a first closure equation with one unknown can be derived directly and explicitly. Then the remaining closure equations are obtained: it is proved that they can be expressed in triangular form. The basic algorithms used to solve these equations in closed form are also presented. For each algorithm, the conditions of applicability, the initial information required, the results, the type and form of equations, and the maximum number of solutions are given. The proposed approach is well suited to the symbolic explicit solution of the inverse kinematic problem of a wide range of robut mechanisms. An example of its application is given.

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Sommario Il lavoro presenta un appreceio sistematico, basato sulle proprietà dei gruppi di spostamento, all'analisi cinematica di posizione di meccanismi spaziali ad una maglia e alla cinematica inversa di robot manipolatori seriali. L'approccio consente di determinare un insieme di catene cinematiche per le quali può essere scritta e risolta direttamente una prima equazione di chiusura in una sola incognita. Viene successivamente dimostrato esaustivamente che, per tali catene, le successive equazioni di chiusura possono essere espresse e risolte in forma triangolare. Inoltre sono presentati gli algoritmi di base utilizzabili per la soluzione del problema posto. Per ciascuno di essi sono dati: le condizioni di applicabilità, l'informazione iniziale richiesta, i risultati ottenuti, il tipo e la forma delle equazioni e il massimo numero di soluzioni possibili. L'approccio presentato è utilizzabile per la soluzione simbolica esplicita, manuale o automatica, di un esteso insieme di meccanismi per robot. Viene dato un esempio di uso del metodo.

     

Bifurcation analysis of a circular arch under hydrostatic pressure

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

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

     

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 stokes flow problem associated with a general twisted tube with a uniform non-rotating section

Summary The Stokes flow problem associated with the steady flow of a viscous incompressible fluid in a general twisted tube with a uniform non-rotating section is investigated. The equations of motion and boundary conditions are formulated in an orthogonal curvilinear coordinate system which is constructed for the interior of a finite length of the tube. A solution scheme is then presented involving two small parameters which are proportional to the tube curvature and torsion respectively.

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Sommario Si è investigato il problema del flusso di Stokes associato col flusso continuo di un fluido viscoso incompressibile in un tubo ritorto generico con una sezione uniforme senza rotazione. Le equazioni del movimento e le condizioni ai limiti sono formulate in un sistema di coordinate ortogonali curvilinee, al quale è riferito l'interno di una definita lunghezza del tubo. E' anche presentato uno schema di soluzione includendo due piccoli parametri i quali sono proporzionali alla curvatura e alla torsione del tubo rispettivamente.

     

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.     

Numerical solution of a pulsatile flow problem

Summary A numerical method, developed and used in previous work, is used to solve the Navier-Stokes equations for a two-dimensional incompressible flow in variable motion. A pulsatile flow through a pipe cross is studied to simulate blood flow in vascular aorto-renal junctions.

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Sommario In questo studio si è utilizzato uno schema numerico, già studiato e utilizzato in precedenti lavori, per risolvere le equazioni bidimensionali di Navier-Stokes per un fluido viscoso incomprimibile in un problema di moto vario. Nelle ipotesi di poter descrivere il moto fasico del sangue con il moto di un fluido viscoso newtoniano di opportuna viscosità, si è studiato il moto pulsante di questo fluido in due condotti raccordati per simulare il moto del sangue nel raccordo aorta-renale durante un ciclo temporale completo.

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Research carried out at Istituto di Idraulica del Politecnico di Milano, Milan, Italy.     

A generalized theory of linear micropolar thermoelasticity

Summary The linear theory of thermoelasticity established by Green and Lindsay with the help of an entropy production inequality proposed by Green and Laws is generalized to the case of a homogeneous micropolar continuum. The basic equations are derived using invariance conditions under superposed rigid body motions.

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Sommario La teoria lineare della termoelasticità stabilita da Green e Lindsay sulla base della disuguaglianza della produzione dell'entropia proposta da Green e Laws è generalizzata al caso di un continuo micropolare omogeneo. Le equazioni fondamentali vengono derivate usando condizioni di invarianza rispetto a moti rigidi sovrapposti.

     

On shakedown of elastic plastic solids

Summary Making reference to elastic perfectly plastic solids subjected to cyclic loads, the problem of the shakedown load factor is considered and the relevant Euler-Lagrange equations are discussed. It is proved that the solution to these equations describes the gradient, with respect to the load multiplier, of the steady-state response of the solid body to the cyclic loads at the shakedown limit, and that it thus enables one to predict the nature of the impending collapse. These results are then extended to the more general case of loads varying within a given load domain.

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Sommario Facendo riferimento a un solido elastico perfettamente plastico soggetto a carichi ciclici, si considera il problema del moltiplicatore dei carichi ad adattamento e si studiano le equazioni di Eulero-Lagrange ad esso associate. Si trova che la soluzione di queste equazioni descrive il gradiente, rispetto al moltiplicatore dei carichi, della risposta stazionaria del solido ai carichi ciclici al limite di adattamento, e che quindi essa consente di predire la natura del collasso incipiente, Questi risultati vengono quindi estesi al caso più generale di carichi variabili in un dato dominio.

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This paper is part of a research project sponsored by the National Research Council (CNR) of Italy.     

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.