Transformações de Bäcklund para hierarquias integráveis abelianas

Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq)

Solitrons Hidrodinâmicos de Korteweg-de Vries.

Esse artigo foi escrito para alunos de graduação e pós- graduação em Física e para alunos de Engenharia. Primeiramente mostramos como construir a equação diferencial não-linear de Korteweg e de Vries a partir das equações básicas da hidrodinâmica. Em seguida mostramos como resolvê-la obtendo as ondas denominadas de solitons.

Solution of a generalized Korteweg—de Vries equation

The solitary-wavelike solution of the generalized Korteweg-de Vries equation with mixed nonlinearity is obtained. Two asymptotic cases of the solution have been discussed and solitary wave solutions have been derived. ©1974 American Institute of Physics.

Solution of a generalized Korteweg-de Vries equation

The solitary-wavelike solution of the generalized Korteweg-de Vries equation with mixed nonlinearity is obtained. Two asymptotic cases of the solution have been discussed and solitary wave solutions have been derived.

Korteweg-De Vries Equation for Non-Linear Ion-Acoustic Waves in a Plasma with Negative Ions

The theoretical analysis, based on the perturbation technique, of ion-acoustic waves in the vicinity of a Korteweg-de Vries (K-dV) equation derived in a plasma with some negative ions has been made. The investigation shows that the negative ions in plasma with isothermal electrons introduced a critical concentration at which the ion-acoustic wave plays an important role of wave-breaking and forming a precursor while the plasma with non-isothermal electrons has no such singular behaviour of the wave. These two distinct features of ion waves lead to an overall different approach of present study of ion-waves. A distinct feature of non-uniform transition from the nonisothermal case to isothermal case has been shown. Few particular plasma models have been chosen to show the characteristics behaviour of the ion-waves existing in different cases

Korteweg-de Vries equation for the propagation of fast ion-acoustic waves in multi-dimensions

Abstract is not available.

Spectral solutions to the Korteweg-de-Vries and nonlinear Schrodinger equations

In this paper, we present the solutions of 1-D and 2-D non-linear partial differential equations with initial conditions. We approach the solutions in time domain using two methods. We first solve the equations using Fourier spectral approximation in the spatial domain and secondly we compare the results with the approximation in the spatial domain using orthogonal functions such as Legendre or Chebyshev polynomials as their basis functions. The advantages and the applicability of the two different methods for different types of problems are brought out by considering 1-D and 2-D nonlinear partial differential equations namely the Korteweg-de-Vries and nonlinear Schrodinger equation with different potential function. (C) 2015 Elsevier Ltd. All rights reserved.

The wave model of mesothermal plasma near wakes and Korteweg-de Vries equation

The stationary two-dimensional (x, z) near wakes behind a flat-based projectile which moves at a constant mesothermal speed (V∞) along a z-axis in a rarefied, fully ionized, plasma is studied using the wave model previously proposed by one of the authors (VCL). One-fluid theory is used to depict the free expansion of ambient plasma into the vacuum produced behind a fast-moving projectile. This nonstationary, one-dimensional (x, t) flow which is approximated by the K-dV equation can be transformed, through substitution, t=z/V∞, into a stationary two-dimensional (x, z) near wake flow seen by an observer moving with the body velocity (V∞). The initial value problem of the K-dV equation in (x, t) variables is solved by a specially devised numerical method. Comparisons of the present numerical solution for the asymptotically small and large times with available analytical solutions are made and found in satisfactory agreements.

I. Exact solution of some nonlinear evolution equations. II. The similarity solution for the Korteweg-De Vries equation and the related Painleve Transcendent

In Part I, a method for finding solutions of certain diffusive dispersive nonlinear evolution equations is introduced. The method consists of a straightforward iteration procedure, applied to the equation as it stands (in most cases), which can be carried out to all terms, followed by a summation of the resulting infinite series, sometimes directly and other times in terms of traces of inverses of operators in an appropriate space.

We first illustrate our method with Burgers' and Thomas' equations, and show how it quickly leads to the Cole-Hopft transformation, which is known to linearize these equations.

We also apply this method to the Korteweg and de Vries, nonlinear (cubic) Schrödinger, Sine-Gordon, modified KdV and Boussinesq equations. In all these cases the multisoliton solutions are easily obtained and new expressions for some of them follow. More generally we show that the Marcenko integral equations, together with the inverse problem that originates them, follow naturally from our expressions.

Only solutions that are small in some sense (i.e., they tend to zero as the independent variable goes to ∞) are covered by our methods. However, by the study of the effect of writing the initial iterate u_1 = u_(1)(x,t) as a sum u_1 = ^∼/u_1 + ^≈/u_1 when we know the solution which results if u_1 = ^∼/u_1, we are led to expressions that describe the interaction of two arbitrary solutions, only one of which is small. This should not be confused with Backlund transformations and is more in the direction of performing the inverse scattering over an arbitrary “base” solution. Thus we are able to write expressions for the interaction of a cnoidal wave with a multisoliton in the case of the KdV equation; these expressions are somewhat different from the ones obtained by Wahlquist (1976). Similarly, we find multi-dark-pulse solutions and solutions describing the interaction of envelope-solitons with a uniform wave train in the case of the Schrodinger equation.

Other equations tractable by our method are presented. These include the following equations: Self-induced transparency, reduced Maxwell-Bloch, and a two-dimensional nonlinear Schrodinger. Higher order and matrix-valued equations with nonscalar dispersion functions are also presented.

In Part II, the second Painleve transcendent is treated in conjunction with the similarity solutions of the Korteweg-de Vries equat ion and the modified Korteweg-de Vries equation.

Análise de erros da equação de advecção unidimensional no Método de Volumes Finitos

Uma análise utilizando a série de Taylor é apresentada para se estimar a priori os erros envolvidos na solução numérica da equação de advecção unidimensional com termo fonte, através do Método dos Volumes Finitos em uma malha do tipo uniforme e uma malha não uniforme. Também faz-se um estudo a posteriori para verificar a magnitude do erro de discretização e corroborar os resultados obtidos através da análise a priori. Por meio da técnica de solução manufaturada tem-se uma solução analítica para o problema, a qual facilita a análise dos resultados numéricos encontrados, e estuda-se ainda a influência das funções de interpolação UDS e CDS e do parâmetro u na solução numérica.

Implementação de um algoritmo numérico para solução da equação de Christoffel generalizada em acustoelasticidade.

Extensos estudos realizados nas últimas décadas sobre a propagação de ondas ultrassônicas em sólidos levaram ao desenvolvimento de técnicas não destrutivas para a avaliação da segurança e integridade de estruturas e componentes industriais. O interesse na aplicação de técnicas ultrassônicas para medição de tensões aplicadas e residuais decorre da mudança mensurável da velocidade das ondas ultrassônicas na presença de um campo de tensões, fenômeno conhecido como efeito acustoelástico. Uma teoria de acustoelasticidade fornece um meio atrativo e não destrutivo de medir a tensão média ao longo do caminho percorrido pela onda. O estudo da propagação das ondas ultrassônicas em meios homogêneos anisotrópicos sob tensão conduz a um problema não linear de autovalores dado pela equação de Christoffel generalizada. A característica não linear deste problema decorre da interdependência entre as constantes elásticas efetivas do material e as tensões atuantes. A medição experimental de tensões por técnicas ultrassônicas é um problema inverso da acustoelasticidade. Esta dissertação apresenta a implementação de um algoritmo numérico, baseado no método proposto por Degtyar e Rokhlin, para solução do problema inverso da acustoelasticidade em sólidos ortotrópicos sujeitos a um estado plano de tensões. A solução da equação de Christoffel generalizada apresenta dificuldades de natureza numérica e prática. A estabilidade e a precisão do algoritmo desenvolvido, bem como a influência das incertezas na medição experimental das velocidades das ondas ultrassônicas, foram então investigadas. Dados sintéticos para as velocidades das ondas ultrassônicas de incidência oblíqua em uma placa sujeita a um estado plano de tensões foram gerados pela solução direta da equação de Christoffel generalizada para ilustrar a aplicação do algoritmo desenvolvido. O objetivo maior desta dissertação é a disponibilização de uma nova ferramenta de cálculo para suporte às atividades experimentais de medição de tensões por ultrassom no país.

Modelagem e simulação do escoamento imiscível em meios porosos fractais descritos pela equação de Kozeny-Carman Generalizada

O presente trabalho trata do escoamento bifásico em meios porosos heterogêneos de natureza fractal, onde os fluidos são considerados imiscíveis. Os meios porosos são modelados pela equação de Kozeny-Carman Generalizada (KCG), a qual relaciona a porosidade com a permeabilidade do meio através de uma nova lei de potência. Esta equação proposta por nós é capaz de generalizar diferentes modelos existentes na literatura e, portanto, é de uso mais geral. O simulador numérico desenvolvido aqui emprega métodos de diferenças finitas. A evolução temporal é baseada em um esquema de separação de operadores que segue a estratégia clássica chamada de IMPES. Assim, o campo de pressão é calculado implicitamente, enquanto que a equação da saturação da fase molhante é resolvida explicitamente em cada nível de tempo. O método de otimização denominado de DFSANE é utilizado para resolver a equação da pressão. Enfatizamos que o DFSANE nunca foi usado antes no contexto de simulação de reservatórios. Portanto, o seu uso aqui é sem precedentes. Para minimizar difusões numéricas, a equação da saturação é discretizada por um esquema do tipo "upwind", comumente empregado em simuladores numéricos para a recuperação de petróleo, o qual é resolvido explicitamente pelo método Runge-Kutta de quarta ordem. Os resultados das simulações são bastante satisfatórios. De fato, tais resultados mostram que o modelo KCG é capaz de gerar meios porosos heterogêneos, cujas características permitem a captura de fenômenos físicos que, geralmente, são de difícil acesso para muitos simuladores em diferenças finitas clássicas, como o chamado fenômeno de dedilhamento, que ocorre quando a razão de mobilidade (entre as fases fluidas) assume valores adversos. Em todas as simulações apresentadas aqui, consideramos que o problema imiscível é bidimensional, sendo, portanto, o meio poroso caracterizado por campos de permeabilidade e de porosidade definidos em regiões Euclideanas. No entanto, a teoria abordada neste trabalho não impõe restrições para sua aplicação aos problemas tridimensionais.

Solução analítica da equação unidimensional de transporte de nêutrons monoenergéticos com espalhamento linearmente anisotrópico e aproximação sintética de difusão

Nesta dissertação, são apresentados os seguintes modelos matemáticos de transporte de nêutrons: a equação linearizada de Boltzmann e a equação da difusão de nêutrons monoenergéticos em meios não-multiplicativos. Com o objetivo de determinar o período fluxo escalar de nêutrons, é descrito um método espectronodal que gera soluções numéricas para o problema de difusão em geometria planar de fonte fixa, que são livres de erros de truncamento espacial, e que conjugado com uma técnica de reconstrução espacial intranodal gera o perfil detalhado da solução. A fim de obter o valor aproximado do fluxo angular de nêutrons em um determinado ponto do domínio e em uma determinada direção de migração, descreve-se também um método de reconstrução angular baseado na solução analítica da equação unidimensional de transporte de nêutrons monoenergéticos com espalhamento linearmente anisotrópico com aproximação sintética de difusão nos termos de fonte por espalhamento. O código computacional desenvolvido nesta dissertação foi implementado na plataforma livre Scilab, e para ilustrar a eficiência do código criado,resultados numéricos obtidos para três problemas-modelos são apresentados

Avaliação dos algoritmos de Picard-Krylov e Newton-Krylov na solução da equação de Richards

A engenharia geotécnica é uma das grandes áreas da engenharia civil que estuda a interação entre as construções realizadas pelo homem ou de fenômenos naturais com o ambiente geológico, que na grande maioria das vezes trata-se de solos parcialmente saturados. Neste sentido, o desempenho de obras como estabilização, contenção de barragens, muros de contenção, fundações e estradas estão condicionados a uma correta predição do fluxo de água no interior dos solos. Porém, como a área das regiões a serem estudas com relação à predição do fluxo de água são comumente da ordem de quilômetros quadrados, as soluções dos modelos matemáticos exigem malhas computacionais de grandes proporções, ocasionando sérias limitações associadas aos requisitos de memória computacional e tempo de processamento. A fim de contornar estas limitações, métodos numéricos eficientes devem ser empregados na solução do problema em análise. Portanto, métodos iterativos para solução de sistemas não lineares e lineares esparsos de grande porte devem ser utilizados neste tipo de aplicação. Em suma, visto a relevância do tema, esta pesquisa aproximou uma solução para a equação diferencial parcial de Richards pelo método dos volumes finitos em duas dimensões, empregando o método de Picard e Newton com maior eficiência computacional. Para tanto, foram utilizadas técnicas iterativas de resolução de sistemas lineares baseados no espaço de Krylov com matrizes pré-condicionadoras com a biblioteca numérica Portable, Extensible Toolkit for Scientific Computation (PETSc). Os resultados indicam que quando se resolve a equação de Richards considerando-se o método de PICARD-KRYLOV, não importando o modelo de avaliação do solo, a melhor combinação para resolução dos sistemas lineares é o método dos gradientes biconjugados estabilizado mais o pré-condicionador SOR. Por outro lado, quando se utiliza as equações de van Genuchten deve ser optar pela combinação do método dos gradientes conjugados em conjunto com pré-condicionador SOR. Quando se adota o método de NEWTON-KRYLOV, o método gradientes biconjugados estabilizado é o mais eficiente na resolução do sistema linear do passo de Newton, com relação ao pré-condicionador deve-se dar preferência ao bloco Jacobi. Por fim, há evidências que apontam que o método PICARD-KRYLOV pode ser mais vantajoso que o método de NEWTON-KRYLOV, quando empregados na resolução da equação diferencial parcial de Richards.