Couette-Poiseuille flows and their stability in anisotropic M.H.D.

Summary We determine the M.H.D. laminar steady flows in a plane layer with rigid and conducting walls, taking into account the Hall and ion-slip currents. We study the non linear stability in the means of these motions in the class of laminar perturbations.

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Sommario Si determinano i moti magnetoidrodinamici stazionari in uno strato piano con pareti rigide conduttrici, in presenza delle correnti di Hall e di ion-slip, e si studia la stabilità non lineare in media di questi moti nella classe delle perturbazioni laminari.

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Work performed under the auspices of G.N.F.A.-C.N.R., Italy.     

Uniqueness and stability in the continuum theory of granular materials

Summary We deal with cohesionless granular materials in the framework of the continuum theory presented in [2]. For these materials we finda priori restrictions assuring uniqueness and stability of motion. Whereas our Liapunov stability analysis leads only to a partially satisfactory result, Hölder stability is completely characterizedvia a logarithmic convexity argument.

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Sommario Nel presente lavoro vengono stabilite alcune restrizionia priori sufficienti ad assicurare l'unicità e la stabilità del moto di un mezzo granulare il cui comportamento è descritto dall'equazione costituiva proposta in [2]. Una volta osservato che l'analisi della stabilità, nel senso di Liapunov, non conduce a risultati soddisfacenti, si passa ad esaminare la stabilità nel senso di Hölder, mediante le argomentazioni della convessità logaritmica, pervenendo così ad alcune semplici restrizioni sui coefficienti di risposta del materiale considerato.

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Research supported by the Italian National Research Council (C.N.R. Gruppo PAdIS).     

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.     

An application of the invariance principle to a non-linear,first order evolution problem: Asymptotic stability in non-isothermal magnetohydrodynamics

Summary The purpose of this paper is to study, with the aid of the invariance principle for dynamical systems stated by Dafermos, the asymptotic stability of the null solution of a mixed, non-linear, first order evolution problem. As a particular case, one obtains a theorem on unconditional, asymptotic stability of stationary flows of non-isothermal magnetohydrodynamics in the Boussinesq approximation.

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Sommario Tale lavoro è rivolto allo studio della stabilità asintotica della soluzione nulla di un problema di evoluzione del primo ordine, misto e non lineare. Il metodo adoperato è quello del principio di invarianza per i sistemi dinamici di Dafermos. Come conseguenza dei risultati ottenuti, poi, si determina un teorema di stabilità asintotica incondizionata per i moti stazionari della magnetoidrodinamica non isoterma nello schema di Boussinesq.

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Work performed under the auspices of CNR (Gruppo Nazionale per la Fisica Matematica).     

Vibrations,stability and general solution for the duffing and other non linear equations

Summary A general procedure is developed in order to calculate the vibratory motions of non linear systems with one degree of freedom. The vibration is considered as an infinite sequence of increasing and decreasing half-waves, for each of wich time and deplacement are considered as initial data, with initial velocity zero. Recurrent formulae giving the initial data for each half-wave as a function of those relative to the preceeding half-wave are calculated. This procedure is applied to the Duffing equation and leads to study of the powers of a matrix, whose behaviour, when the exponent goes to infinity, determines the character of stability or instability or asymptotic periodicity of the solution.

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Sommario Viene impostata una metodologia generale atta a calcolare i moti vibratori dei sistemi non lineari con un grado di libertà. Il moto vibratorio viene considerato come una successione infinita di semionde crescenti e decrescenti, per ciascuna delle quali il tempo e lo spostamento vengono considerati come dati iniziali, con velocità iniziale nulla. Vengono poi ricavate le formule ricorrenti che forniscono i dati iniziali di ogni semionda in funzione di quelli relativi alla precedente. Il procedimento viene applicato alla equazione di Duffing e porta allo studio delle potenze di una matrice, il cui comportamento quando l'esponente tende ad infinito determina il carattere di stabilità, o instabilità, o periodicità asintotica della soluzione.

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This research was conductes as an activity of the Italian Research Council, C.N.R., G.N.F.M.     

Estimating the domain of attraction of a stable equilibrium state for certain delayed differential systems of order two

Summary We discuss the influence exerted on the stability of an equilibrium state of a second order differential-difference system by the delays existing in the coupling terms of the two system equations. On certain hypotheses an asymptotic stability condition is determined which is independent of the magnitude of delays but dependent on the magnitude of coupling. A simple method for constructing regions belonging to the domain of attraction of the considered equilibrium state is developed. Several alternative constructions and applications are discussed in detail.

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Sommario Viene discussa l'influenza che sulla stabilità ai uno stato di equilibrio di un sistema differenziale alle differenze di secondo ordine banno i ritardi incorporati nei termini di accoppiamento fra le due equazioni del sistema. Si mostra come sotto opportune ipotesi si possa determinare una condizione di stabilità asintotica che non dipende dall'entità dei ritardi, mentre dipende da quella degli accoppiamenti, e si propone un metodo semplice e flessibile per costruire regioni contenute nel dominio di attrazione dello stato di equilibrio considerato. Si discutono in dettaglio numerose costruzioni alternative ed applicazioni.

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On leave of absence from CYFRONET, Institute of Nuclear Research, Swierk k/Otwocha, Poland.     

The effect of damping on the dynamic stability of nonconservative systems

Summary A study of the effect of vanishing viscous damping on the stability of nonconservative linear elastic systems, with special reference to systems that lose stability statically through the emergence of new equilibrium configurations close to the principal one, i. e. by divergence. It is shown that in this case slight damping presents a wide range of effects on the stability of the system.

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Sommario Si studia l'effetto della presenza di smorzamenti viscosi tendenti a zero sulla stabilità di sistemi elastici lineari soggetti a forze posizionali non conservative, con particolare riguardo a quei sistemi che perdono stabilità staticamente, per la comparsa di nuove configurazioni di equilibrio prossime a quella principale, od anche, come si usa dire, per « divergenza ». Si mostra come in tal caso deboli smorzamenti viscosi presentino un'ampia casistica di effetti sulla stabilità del sistema.

     

Some remarks on the stability of shock waves

Summary Some questions arising in linear stability and reflection stability of a plane shock are discussed, both in classical and relativistic fluid dynamics. The stability properties of a van der Waals gas are discussed.

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Sommario Vengono trattate alcune questioni riguardanti la stabilità lineare e per riflessione di un'onda d'urto piana in gas dinamica classica e relativistica. Sono discusse le proprietà di stabilità di un gas di van der Waals.

     

On the stability of the solutions to an integral evolution equation of the non linear particle transport theory

Summary In this paper we study the stability, with respect to the initial data, of the solutions to a non linear integral equation arising in particles transport theory.

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Sommario In questo lavoro si prova la stabilità, rispetto ai dati iniziali, delle soluzioni di un'equazione integrale non lineare che si incontra in teoria del trasporto di particelle.

     

Non-linear stability of doubly curved thin shallow shells on rectangular plan with small geometrical imperfections

Summary This paper deals with some theoretical developments of the problem of stability of doubly curved thin shallow shells on a rectangular plan. After some critical references to results obtained in earlier studies using the linear theory of stability, the problem of elastic equilibrium in the nonlinear range is approached and solved for some types of shells using piecewise linearisation. Load-displacement curves up to post-buckling are obtained. Deflections not conforming to structural symmetry are also considered. The influence of small geometric imperfections deviates the load-displacement curve to other equilibrium positions and hence a shell with imperfections attains its snapping point at a lower load than one without. A comparison with some experimental studies by other authors is given in the appendix.

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Sommario Lo studio tratta di alcuni sviluppi teorici sul problema della stabilità dell'equilibrio delle volte sottili ribassate a doppia curvatura su pianta rettangolare. Nella prima parte vengono esposte alcune considerazioni critiche circa i risultati ottenuti in parte dall'Autore in lavori precedenti con la teoria lineare della stabilità. Il problema dell'equilibrio elastico viene poi affrontato in campo non-lineare e risolto per alcuni tipi di volte mediante una linearizzazione a tratti; le curve carico-spostamento vengono ricavate fino al comportamento post-critico. Vengono altresì ricavate curve carico-spostamento corrispondenti a deformate che non conservano la simmetria di struttura e di carico.La presenza di piccole imperfezioni devia la curva caricospostamento verso altre posizioni di equilibrio e la curva relativa raggiunge il punto di instabilità progressiva per valori del carico notevolmente inferiori di quelli relativi alla stessa volta senza imperfezioni. Infine si riporta in appendice un confronto con risultati sperimentali di altri Autori.

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Study supported by the C.N.R. (Consiglio Nazionale delle Ricerche).     

Chemical convective instability and quasi-equilibrium thermodynamics

Summary A nonlinear stability analysis is described for the Bénard problem for a chemically reacting fluid heated from above; the findings are compared with those of Wollkind & Frisch. Next an energy stability analysis is given for the model of Wollkind & Frisch and it is shown that instabilities may occur.

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Sommario Si sviluppa un'analisi non lineare della stabilità per il problema di Bénard relativo ad un fluido chimicamente reagente e riscaldato dall'alto; i risultati sono confrontati con quelli trovati in precedenza da Wollkind & Frisch. Successivamente si elabora un'analisi non lineare della stabilità proprio per il modello di Wollkind & Frisch e si mostra che si possono presentare delle instabilità.

     

Uniqueness of M.H.D. thermodiffusive mixture flows with hall and ion-slip effects

Summary We prowe a uniqueness theorem for M.H.D. mixture flows taking into account the interactions between thermal diffusivity and diffusive thermal conductivity as well as the Hall and ion-slip effects.

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Sommario Si dimostra un teorema di unicità per la magnetoidrodinamica delle miscele fluide, tenendo conto sia delle interazioni tra diffusione termica e conducibilità termica diffusiva che degli effetti di Hall e di ion-slip.

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Work performed under the auspices of the National Research Council (CNR-GNFM), Italy.     

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.     

Condition of stability and wave speeds for fluid mixtures

Summary We study the algebraic conditions on the characteristic exponents ensuring the infinitesimal stability of the equilibrium of a two constituent-mixture in the class of regular perturbations vanishing on the boundary of the region containing the mixture.From the stability conditions we deduce the real speeds of wave propagation in the mixture.

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Sommario Si studiano le condizioni algebriche sugli esponenti caratteristici che assicurano la stabilità infinitesima dello equilibrio di una miscela bifase nella classe delle perturbazioni regolari nulle sul contorno della regione contenente la miscela.Dalle condizioni di stabilità si deducono le velocità reali di propagazione di onde della miscela.

     

On some problems of stability of systems with an infinite number of degrees of freedom

The problem of stability of equilibria of a physical pendulum with a nonstretchable thread attached to it is considered from the standpoint of the Lagrange theorem on stability and its inversion. Specific difficulties which one faces when studying an infinite dimensional mechanical system are discussed. A new approach to the study of stability with respect to two metrics is suggested. The influence of resonant phenomena on the motion of the shortened (linearized) system is considered.

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Sommario Si considera il problema di stabilità di punti di equilibrio di un pendolo fisico con un filo inestensibile appeso ad esso dal punto di vista del teorema di Lagrange sulla stabilità e sulla sua inversione. Difficoltà specifiche relative allo studio di un sistema meccanico di dimensione infinita sono discusse. Si suggerisce un nuovo metodo per lo studio della stabilità rispetto a due metriche. L'influenza di fenomeni di risonanza sul moto del sistema ridotto (linearizzato) è considerata.

     

On the instability of parametrically excited two degrees of freedom vibrating systems with viscous damping

Summary The stability of vibrating systems having two degrees of freedom subjected to parametric excitation and with viscous damping are studied with a special perturbation method.Analytical expressions in explicit form in second approximation are obtained for the transition from stability to instability. A general criterion for judging the limits within which the approximation is acceptable is indicated.It is shown that even in parametrically excited vibrating systems damping can have a destabilising effect similar to the destabilising effect known to exist in nonconservative elastic systems.

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Sommario Nel presente lavoro si esamina con un particolare metodo di perturbazione la stabilità dei sistemi vibranti a due gradi di libertà eccitati parametricamente e con resistenza viscosa.Si ottengono espressioni analitiche in forma esplicita in seconda approssimazione dei confini fra stabilità ed instabilità. Si dà anche un criterio di massima per giudicare entro quali limiti l'approssimazione risulta accettabile.Si pone in evidenza come anche nelle vibrazioni eccitate parametricamente lo smorzamento possa avere un effetto instabilizzante analogo a quello già noto nei sistemi elastici non conservativi.

     

Oil whirl of rotors. Part II: Horizontal shafts

Summary Pursuing the research began in [2], we examine here the stability of the steady rotations of a heavy horizontal shaft supported on plain short lubricated bearings, under conditions where cavitation occurs in the lubricant. A complete linearized analysis is first carried out; its results are confirmed by numerical analysis of the full non linear equations of motion.

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Sommario Proseguendo nello studio iniziato in [2], viene ora esaminata la stabilità delle rotazioni permanenti di un albero orizzontale pesante ruotante su cuscinetti lubrificati corti e con cavitazione. La ricerca inizia con una analisi completa delle oscillazioni incipienti che si ottengono linearizzando le espressioni delle forze dovute al lubrificante nell'intorno delle condizioni di regime; successivamente vengono esposti i risultati di uno studio numerico delle equazioni non lineari.

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Consequences of the multiplicity of principal relaxation frequencies on linearized non-equilibrium flow fields

Summary In a previous work on non equilibrium flows the present author introduced the principal relaxation frequencies as the eigenvalues of the product of the chemical stability matrix and the kinetic matrix. This paper deals with the case in which these eigenvalues are not all distinct. It is first proved that, in general, any linearized flow field of a gas-mixture with k independent rate processes is equivalent to that of a gas-mixture with only m<k rate processes if m is the number of distinct principal relaxation frequencies. Subsequently the consequences of this fact on the structure and properties of the linearized velocity potential equation are discussed and analized.

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Sommario In un precedente lavoro sui moti non in equilibrio l'autore ha introdotto le frequenze principali di rilassamento come autovalori del prodotto tra la matrice chimica di stabilità e quella dei coefficienti cinetici. Questo lavoro considera il caso in cui detti autovalori non sono distinti. Viene innanzitutto provato che, in generale, qualsiasi moto linearizzato di una miscela gassosa sede di k reazioni e/o fenomeni di rilassamento indipendenti è equivalente a quello di una miscela in cui i processi indipendenti sono solo m<k se m è il numero delle distinte frequenze principali di rilassamento. Successivamente vengono discusse ed analizzate le conseguenze di questo fatto in relazione alla struttura e proprietà dell'equazione linearizzata del potenziale di velocità.

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This research has been sponsored in part by the Air Force Office of Scientific Research through the European Office of Aerospace Research, OAR, United States Air Force, under Contract no. F 61052-68-C-0035.     

A priori bounds for the plastic dissipation of elastic-plastic oscillators

Summary The possibility of enlarging the definition of collapse of elastic-plastic structures to include dynamic problems is first examined. It is concluded that the most satisfactory definition is the one given in terms of plastic dissipation. The simple case of a single-degree of freedom oscillator is then studied in detail. After giving some upper bounds for the dissipation with the aid of suitable a priori inequalities, a typical property of stability of the solution is employed to obtain a fairly severe bracketing of velocities throughout the motion. A numerical example, taken from a problem of seismic design, shows that the latter result leads to further improvements in majorizing the plastic dissipation.

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Sommario Si studia aapprima l'estensione della definizione di collasso di una struttura elastoplastica ai problemi di tipo dinamico, concludendo che la miglior caratterizzazione é quella in termini di dissipazione plastica. Si passa poi a considerare il caso di un oscillatore a un grado di libertà, per cui si calcolano limitazioni superiori della dissipazione ricorrendo a opportune diseguaglianze a priori. Utilizzando inoltre una proprietà di stabilità della soluzione, tipica dei problemi di Plasticità, si riescono a dare strette limitazioni per la velocità. Come mostrato da un esempio numerico tratto da un problema sismico, esse conducono anche ad una più accurata delimitazione della dissipazione plastica.

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This research was supported in part by the C.N.R., Gruppo Nazionale per la Fisica Matematica e per le Applicazioni della Matematica alla Fisica e all'Ingegneria.     

Evolution law of a weak discontinuity crossing a non characteristic shock in a non-linear dielectric medium

Summary Transmission and reflection of an electromagnetic discontinuity wave colliding with a non characteristic shock in a dielectric medium with non-linear constitutive equation is analyzed in the case of polarized fields depending on one space variable and time. The transmitted and reflected amplitudes are obtained; the evolution law of the transmitted discontinuity is integrated for propagation through a constant state and the appearing of a new value of the critical time is discussed.

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Sommario Viene analizzata la collisione di un'onda elettromagnetica di discontinuità con un urto non caratteristico in un mezzo dielettrico avente equazione costitutiva non lineare, per campi polarizzati e dipendenti da una sola variabile spaziale e dal tempo. Vengono ricavate le ampiezze trasmessa e riflessa. Si integra poi la legge di evoluzione della discontinuità trasmessa nel caso della propagazione in uno stato costante e si discute la comparsa di un nuovo valore per il tempo critico.

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Lavoro eseguito durante il godimento di una borsa di studio nell'ambito del G.N.F.M. del C.N.R.