A numerical conformal transformation method for harmonic mixed boundary value problems in polygonal domains

Summary A method is described for the numerical solution of harmonic mixed boundary value problems in simply-connected domains. The method consists of three successive conformal transformations of which the first is performed numerically.In particular the method is applied to problems, defined in polygonal regions, containing re-entrant cornes at which boundary singularities occur.

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Résumé Une méthode est décrite ici pour la solution numérique d'une classe de problèmes mixtes harmoniques aux valeurs aux limites dans des domaines simplement connexes. La méthode consiste en trois transformations conformes consécutives dont la première doit être accomplie numériauement.La méthode est plus particulièrement appliquée aux problèmes définis dans des domaines polygonaux possédant des angles rentrants où apparaissent des singularités.

     

Evaluation de l'erreur d'approximation pour une inéquation parabolique relative aux convexes dépendant du temps

Résumé On commence en posant un problème d'évolution avec contraintes unilatérales, dépendantes du temps, pour lequel on donne deux théorèmes de régularité.On fait ensuite l'approximation numérique par la méthode des éléments finis et on montre un algorithme de résolution pour les systèmes de complémentarité associés aux problèmes approchés.On obtient enfin une majoration de l'erreur d'approximation.     

A method of parameter differentiation applied to flow in porous annuli

A general noniterative method of solution of nonlinear boundary value problems involving a parameter is presented. Through a parametric differentiation of the original system, the boundary value problem is converted into an initial value problem with the parameter as the independent variable and differentiation with respect to the original variable is completely eliminated. A step by step integration with respect to the parameter of the newly obtained initial value system yields a large family of solutions which may be of practical interest when the parameter chosen is of physical significance.The method is applied to study the effect of uniform wall suction and injection on the laminar flow in an annulus. The integration is carried out with respect to the transpiration Reynolds number and the deviation from the Poiseuille flow can be seen at each step of integration.

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Résumé Une méthode générale non itérative est développée pour résoudre des problèmes aux limites non linéaires contenant un paramètre. La dérivation du système différentiel par rapport au paramètre transforme le problème en un problème aux valeurs initiales, où la variable indépendante est le paramètre et où la dérivation par rapport à la variable d'origine est complètement éliminée. L'intégration du nouveau système par rapport au paramètre est menée pas à pas et conduit à une famille de solutions qui peuvent être d'intérêt pratique si le paramètre a une signification physique.La méthode est appliquée à l'étude de l'écoulement laminaire d'un fluide dans un tube annulaire à parois uniformément perméables. La variable d'intégration est le nombre de Reynolds de transpiration et la déviation par rapport à l'écoulement de Poiseuille peut être déterminée à chaque pas d'intégration.

     

Some general principles of dynamic instability of solid bodies

Résumé Ce travail représente une étude de l'équilibre des corps solides, avec un intérêt special accordé aux corps élastiques et à ceux de Voigt-Kelvin. Les efforts appliqués peuvent avoir des composants non conservatifs et gyroscopiques, quoique la dépendance explicite du temps soit exclue. Il est bien connu que, pour une catégorie de problèmes tellement large, l'établissement des conditions de la stabilité par les méthodes classiques de statique ou d'énergie n'est pas toujours applicable.Le traitement du problème essaie d'être assez compréhensif. En utilisant la méthode des vibrations modales on établie des critères généraux de stabilité sur la base d'une «énergie équivalente». Ces critères sont d'une telle généralité qu'ils contiennent, comme cas spéciaux, les critères publiés auparavant. En plus, de nouveaux principes ont été développés et démontrés à l'aide d'un exemple numérique.

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This work was supported by the National Science Foundation through Grant GK-368 to the University of Illinois at Chicago Circle.     

On the stability of a spring-pendulum

The stability of a linearized spring-pendulum system is analysed. It is shown that when the natural frequencies of the two degrees of freedom are equal, no resonance occurs. Analytical expressions are given for the boundaries of the unstable region when the frequency of the spring oscillations is about twice that of the pendulum, and compared to results of numerical investigation.

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Resumé L'analyse de la stabilité d'un système linéarisé d'un pendule-ressort est présenté. On démontre qu'il n'y a pas de résonance possible lorsque les deux fréquences naturelles sont les mêmes. On présente les expressions analytiques des frontières de la région instable, lorsque la fréquence des oscillations du ressort est le double de celle du pendule, et on les compare aux résultats obtenus par une étude numérique.

     

Convective flow patterns in rectangular boxes of finite extent

The numerical solution of a model equation give us a qualitative picture of the first convective modes which can be excited in a rectangular box of finite horizontal extent. Some of the configurations in form of ordered parallel rolls exhibit dislocations. Recent experimental and theoretical works suggest that these convective structures play a fundamental role in the occurence of turbulence in large containers.

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Résumé La résolution numérique d'une équation modèle permet d'obtenir une représentation des premiers modes convectifs susceptibles d'être excités dans une boîte rectangulaire de dimensions finies. Parmi les structures convectives que nous obtenons certaines, en forme de rouleaux parallèles présentent des défauts du type dislocation. Certains travaux récents, tant expérimentaux que théoriques nous autorisent à penser que ces configurations jouent un rôle essentiel pour l'établissement de la turbulence dans les boîtes de grandes dimensions.

     

Une méthode numérique pour les problèmes d'équilibre de corps hyperélastiques compressibles en grandes déformations

Résumé Cet article applique les techniques de Lagrangien Augmenté à la résolution numérique des problèmes d'équilibre de corps hyperélastiques compressibles soumis à de grandes déformations. La méthode obtenue est illustrée par plusieurs exemples numériques.

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A numerical method for solving equilibrium problems of compressible hyperelastic bodies in large deformations

Summary This paper uses Augmented Lagrangian techniques for the numerical solution of equilibrium problems of compressible hyperelastic bodies subjected to large deformations. The resulting method is illustrated by several numerical examples.

     

Asymptotic solution of the unsteady boundary layer equations

Summary An extension of the Meksyn asymptotic method to unsteady boundary layers in laminar, incompressible flow is investigated. The results indicate that unsteady boundary layers can be calculated by the Meksyn asymptotic method with comparable accuracy to that obtained for steady flows. Several differences from the well developed steady-flow application exist and require further work before general problems can be treated. The calculation technique is more straight-forward for cases involving acceleration because three or four terms in the expansions may then yield sufficient accuracy. The form of the governing equation required by the Meksyn method indicates that it is most useful for unsteady stagnation boundary layers since some basic unsteady flows are not directly accessible in their simplest form from that equation. The effect of unsteadiness on the rate of asymptotic convergence is assessed by detailed comparison of a similar solution for unsteady, stagnation flow with analogous results from the Falkner-Skan equation and of reliable numerical results for both cases.

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Résumé On étudie une extension de la méthode asymptotique de Meksyn aux couches limites instables des écoulements laminaires de fluides incompressibles. Les résultats montrent que les couches limites instables peuvent être calculées à l'aide de la méthode asymptotique de Meksyn avec une précision comparable à celle obtenue pour les écoulements stables. Plusieurs différences existent par rapport à l'application, bien mise au point, aux écoulements stables; elles demandent encore du travail avant que les problèmes généraux puissent être traités. La méthode de calcul est plus directe dans les cas impliquant une accélération, car 3 ou 4 termes dans les développements assurent alors une précision suffisante. La forme de l'équation principale nécessaire à la méthode de Meksyn indique qu'elle est très utile pour les couches limites instables au repos; en effet, certains écoulements instables de base ne peuvent être atteints directement dans leur forme la plus simple à partir de cette équation. L'effet de l'instabilité sur la vitesse de convergence asymptotique est établi grâce à une comparaison détaillée d'une solution analogue pour un écoulement instable stagnant avec les résultats semblables obtenus par l'équation Falkner-Skan, et des résultats numériques sûrs obtenus dans les deux cas.

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This work was supported by the Energy Research and Development Administration.     

A note on the formulation of simple equations of state for elastico-viscous liquids

Résumé On a consideré la formulation de simples équations d'état qui décrivent approximativement la conduite observée des liquides elastico-visqueux et qui sont suffisamment simples pour être utiles à résoudre des problèmes d'écoulement général.     

On the axisymmetric interaction of a rigid disc with a semi-infinite solid

An analytical treatment is presented for the determination of the response of a vertically-loaded disc embedded in a semi-infinite elastic medium. By means of Love's method of potential and a set of relaxed boundary conditions, the mixed boundary value problem is formulated as dual integral equations with the aid of Hankel transforms. On the reduction of the dual integral equations to a Fredholm integral equation which features a closed-form kernel, solutions to the inclusion problem are computed. In addition to including existing solutions for zero and infinite embedment as degenerate cases, the present analysis reveals a severe boundary-layer phenomenon which is apt to be of significance to this class of problems in general. As illustrations, numerical results on the load-displacement relation, the response of the embedding medium, as well as the contact load distribution are included.

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Résumé Une solution analytique est présentée pour déterminer la réponse d'un disque rigide horizontal chargé verticalement et enfoui dans un milieu semi infini élastique. En utilisant la méthode des potentiels de Love et en imposant un ensemble de conditions aux frontières de type mixte, le problème est formulé à l'aide d'une paire d'équations intégrales au moyen de la transformée d'Hankel. On réduit la paire d'équations intégrales à une simple équation intégrale de type Fredholm pour laquelle on obtient une expression analytique du kernel. En plus d'inclure les solutions classiques d'un disque enfoui à une profondeur nulle ou infinie, le présent travail révèle certains aspects de ce problème général d'interaction, aspects qui n'apparaissent pas nécessairement dans les études précédentes. Une méthode est exposée pour le traitement numérique des différentes intégrales rencontrées. Sont inclus, à titre d'exemples, la distribution de la contrainte verticale de contact, le ratio force-déplacement, et quelques caractéristiques concernant la réponse du milieu.

     

On the eigenvalue problem for fluid sloshing in a half-space

Summary The boundary-value problem for free oscillations of a liquid in a half-space, which is bounded above by a rigid plane that contains a circular aperture, is transformed to a homogeneous, Fredholm integral equation for the velocity distribution in the aperture. Rayleigh-Ritz approximations to the eigenvalues are obtained by expanding the velocity distribution in appropriately weighted Jacobi polynomials. Numerical results demonstrate that the convergence of the approximations is much stronger than that of the approximations developed by Henrici, Troesch and Wuytack; for example, retaining twelve terms in the Rayleigh-Ritz expansion yields the dominant eigenvalue within one part in 10^–8. A corresponding development is given for the two-dimensional problem, in which the aperture is an infinite strip.

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Résumé Le problème aux conditions limites pour les oscillations libres d'un liquide dans l'espace semi-infini sous un plan rigide contenant une ouverture circulaire est transformé en une équation intégrale homogène de Fredholm pour la distribution de vitesse dans l'ouverture. On obtient des approximations de Rayleigh-Ritz pour les valeurs propres en développant le champ de vitesse en série pondérée de polynômes de Jacobi. Les résultats numériques démontrent que la convergence des approximations est bien plus rapide que celle des approximations développées par Henrici, Troesch and Wuytack; par exemple, en retenant douze termes dans le développement de Rayleigh-Ritz on obtient la valeur propre dominante avec une erreur relative moindre que 10^–8. Un développement correspondant est donné pour le problème bidimensionnel, pour lequel l'ouverture est une bande infinie.

     

Reihendarstellung axialsymmetrischer Geschwindigkeitskorrekturen und Strahldeformationen bei Windkanälen für den kompressiblen Unterschallbereich

Résumé Dans les souffleries à veine fermée ou libre, il faut tenir compte des corrections de vitesse et des déformations de la ligne extérieure de courant, dues aux conditions aux limites.Pour l'écoulement compressible subsonique, ces corrections et déformations sont représentées aux limites, dans le cas d'une symétrie de révolution, par des développements en série.Certains dé ces résultats, après traitement numérique sur une calculatrice électronique, sont représentés graphiquement.     

Automatic integration of a stiff system using ellipsoidal norm of the error-vector for error-control

The truncation error in the One-Step-Predictor-Corrector (OSPC) method of integrating a stiff system of Ordinary Differential Equations (ODE's) has been obtained. A new method of error-control for the purpose of automatic choice of stepsize has been developed. It is shown that if the error criterion is imposed on a suitable ellipsoidal norm of the vector of errors, the growth of global error is linear. Numerical tests show that this method of error-control leads to more accurate solutions than the conventional method which uses only a scalar error for controlling the time-step.

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Résumé On a déterminé l'erreur de troncature de la méthode basée sur la prédiction et la correction à un pas (OSPC) qui intègre un système rigide d'équations différentielles ordinaires (ODE's). Une nouvelle méthode de contrôle des erreurs a été établie afin que le choix de grandeur du pas se fasse automatiquement. On a démontré que la croissance de l'erreur globale est linéaire si le critère d'erreur est appliqué à une norme ellipsoidale appropriée du vecteur des erreurs. Des essais numériques démontrent que cette méthode de contrôle de l'erreur rend les solutions plus précises que la méthode conventionelle qui ne fait appel qu'à l'erreur scalaire afin de contrôler le pas d'intégration.

     

Converging spherical and cylindrical shocks with zero temperature gradient in the rear flow field

Résumé Nous avons étudié les ondes de choc sphériques et cylindriques convergentes près du centre (ou de l'axe) de l'implosion, lorsque celles-ci sont devenues intenses et que l'écoulement qui les suit est devenu «semblable à lui-même», ayant «oublié» les conditions initiales. Un tel écoulement devient probablement isotherme à cause de l'échange thermique intense par conduction ou par rayonnement. Nous avons donc étudié un écoulement isotherme à un moment donné, plutôt que l'écoulement adiabatique habituellement supposé (Guderley, 1942). Les deux genres d'écoulement sont comparés. Nous avons calculé l'exposant de la loi de la propagation des ondes de choc par la règle caractéristique de Whitham (1958) pour des valeurs différentes de =c _p/c _v; nous l'avons comparé avec l'exposant exact obtenu par l'intégration numérique des équations de similarité. Les deux valeurs ne concordent pas aussi bien que lorsque l'on admet que l'écoulement qui suit l'onde de choc est adiabatique.     

Conception d'algorithmes parallèlisables et convergents de filtrage récursif non-linéaire

Résumé Dans un précédent rapport [9], les problèmes de convergence théorique et pratique associés à la synthèse de filtres numériques récursifs non-linéaires avaient été étudiés à l'aide de méthodes issues de l'analyse numérique des modèles à paramètres répartis. Le présent travail prolonge cette étude, et l'étend à une classe de schémas numériques parallélisables. Des résultats théoriques portant sur l'évolution de densités de probabilités conditionnelles non-normalisées introduites par Zakai [18], ont été obtenus et une étude numérique permet de préciser le domaine d'application de ce type de solutions à l'aide d'une étude statistique des performances.

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In a preceding report [9], theoretical and numerical convergence of recursive non-linear filters has been proved through methods arising from numerical analysis of partial differential equations. This work extends this study to a class of parallel algorithms. Theoretical results on evolution of unnormalised conditional density of probability introduced firstly by Zakai [18] have been obtained and numerical results precise the domain of application of this type of solution through a statistical analysis of performances.

     

Streamlines in Bénard convection cells induced by surface tension and buoyancy

Résumé L'équation différentielle obtenue en appliquant la théorie des perturbations au problème de la convection cellulaire a déjà été résolue par rapport aux valeurs propres définissant le début de l'instabilité. Dans ce travail on cherche les fonctions propres correspondant à diverses combinaisons des forces de poussée et de tension superficielle et différentes conditions thermiques à la surface libre. On discute la relation entre la disposition des lignes de courant et le degré d'interdépendance des deux agents d'instabilité. On a tracé les lignes de courant dans le cas où la convection résulte de la tension superficielle seule sur une surface libre isolée thermiquement. Ces lignes sont peu différentes de celles qu'on trouve dans les mêmes conditions lorsque la convection est due à la poussée seule. Ceci explique le haut degré d'interdépendance entre les deux phénomènes, lorsque la surface supérieure est isolée thermiquement.     

Numerical integration of an orbit and its concomitant variations by recurrent power series

Résumé Lorsqu'il s'agit de calculer tout en une fois une orbite et la résolvante de ses équations aux variations dans le problème restreint des trois corps, l'intégration par séries de puissances récurrentes s'avère nettement plus avantageuse que d'autres procédés numériques. A précision égale, les développements en séries ne prennent que 30% du temps mis par les méthodes à pas multiples, et seulement 12 à 15% du temps employé par la méthode deRunge-Kutta-Nystrom.     

Hauptprobleme der Unternehmensforschung

Zusammenfassung Die Haupt — Problemkreise der Unternehmensforschung, nämlich Lagerhaltungsprobleme, Zuordnungs- oder Zuteilungsprobleme, Wartezeit — Probleme, Ersatzstellungs- und Wartungsprobleme, sowie Konkurrenz-probleme werden besprochen und ihre Lösungsmöglichkeiten kurz skizziert. Dabei wird die Bedeutung elektronischer Datenverarbeitungsmaschinen zur Lösung solcher Probleme besonders hervorgehoben.

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Summary Operations research deals with five main groups of problems, namely Inventory problems, Allocations problems, Waiting-time problems, Replacement problems, as well as with Competitive problems. The nature and the means of solutions are explained. Special emphasis is put on the fact that electronic data processing machines are first of all suited to handle these problems.

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Résumé Les Problèmes de la recherche opérationelle peuvent être attribués à cinq classes principales de problèmes, c'est-à-dire des problèmes de stock, des problèmes de répartition, des problèmes d'attente, des problèmes de replacement, et enfin des problèmes de concurrence. La nature et les moyens de solution en sont expliqués, et une importance spéciale est attribuée au fait que ces problèmes peuvent, en pratique, aisément être résolus par le moyen de machines à calcul éléctroniques. Il en résulte la nécessité croissante de donner aux économistes des cours de programmation de ces machines.

     

The reduction of boundary value problems to Fredholm integral equations of the second kind

Résumé Une méthode générale est obtenue pour réduire une classe de problèmes aux limites à la résolution d'une équation deFredholm de seconde espèce. La méthode et un secteur d'une sphère évidé situé (a) entre deux plans parallèles et (b) dans un cylindre circulaire. Le problème hydrodynamique du flux dans un cylindre contenant un disque et le problème électrostatique pour un secteur d'un sphéroïde allongé sont aussi examinés.     

Application of the Cauchy theorem to the location of zeros of sectionally analytic functions

Summary A new method for the derivation of closed-form formulae for the zeros of sectionally analytic functions in the complex plane is proposed. This method is based on the Cauchy theorem in complex analysis (in a generalized form) and it does not require the solution of any boundary value problem along the discontinuity interval. As an application, the classical transcendental equationw=tanh (p w+q), appearing in a physical problem, is solved in closed form. Numerical results are also presented.

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Résumé Une nouvelle méthode pour la dérivation de formules analytiques pour les zéros des fonctions analytiques par morceaux dans le plan complexe est proposée. Cette méthode se base sur le théorème de Cauchy dans l'analyse complexe (sous une forme généralisée) et elle n'a besoin de la solution d'aucun problème à valeurs aux limites le long de l'intervalle de discontinuité. Comme une application, l'équation transcendentale classiquew=tanh (p w+q), apparaissante dans un problème physique, est résolue analytiquement. Des résultats numériques sont présentées aussi.