A coupled boundary element/differential equation method formulation for plate-beam interaction analysis

In this work, a new boundary element formulation for the analysis of plate-beam interaction is presented. This formulation uses a three nodal value boundary elements and each beam element is replaced by its actions on the plate, i.e., a distributed load and end of element forces. From the solution of the differential equation of a beam with linearly distributed load the plate-beam interaction tractions can be written as a function of the nodal values of the beam. With this transformation a final system of equation in the nodal values of displacements of plate boundary and beam nodes is obtained and from it, all unknowns of the plate-beam system are obtained. Many examples are analyzed and the results show an excellent agreement with those from the analytical solution and other numerical methods. (C) 2009 Elsevier Ltd. All rights reserved.

A 2-D Delaunay refinement algorithm using an initial prerefinement from the boundary mesh

An improvement to the quality bidimensional Delaunay mesh generation algorithm, which combines the mesh refinement algorithms strategy of Ruppert and Shewchuk is proposed in this research. The developed technique uses diametral lenses criterion, introduced by L. P. Chew, with the purpose of eliminating the extremely obtuse triangles in the boundary mesh. This method splits the boundary segment and obtains an initial prerefinement, and thus reducing the number of necessary iterations to generate a high quality sequential triangulation. Moreover, it decreases the intensity of the communication and synchronization between subdomains in parallel mesh refinement.

Gauge P-representations for quantum-dynamical problems: Removal of boundary terms

P-representation techniques, which have been very successful in quantum optics and in other fields, are also useful for general bosonic quantum-dynamical many-body calculations such as Bose-Einstein condensation. We introduce a representation called the gauge P representation, which greatly widens the range of tractable problems. Our treatment results in an infinite set of possible time evolution equations, depending on arbitrary gauge functions that can be optimized for a given quantum system. In some cases, previous methods can give erroneous results, due to the usual assumption of vanishing boundary conditions being invalid for those particular systems. Solutions are given to this boundary-term problem for all the cases where it is known to occur: two-photon absorption and the single-mode laser. We also provide some brief guidelines on how to apply the stochastic gauge method to other systems in general, quantify the freedom of choice in the resulting equations, and make a comparison to related recent developments.

Solution techniques for transport problems involving steep concentration gradients: application to noncatalytic fluid solid reactions

Some efficient solution techniques for solving models of noncatalytic gas-solid and fluid-solid reactions are presented. These models include those with non-constant diffusivities for which the formulation reduces to that of a convection-diffusion problem. A singular perturbation problem results for such models in the presence of a large Thiele modulus, for which the classical numerical methods can present difficulties. For the convection-diffusion like case, the time-dependent partial differential equations are transformed by a semi-discrete Petrov-Galerkin finite element method into a system of ordinary differential equations of the initial-value type that can be readily solved. In the presence of a constant diffusivity, in slab geometry the convection-like terms are absent, and the combination of a fitted mesh finite difference method with a predictor-corrector method is used to solve the problem. Both the methods are found to converge, and general reaction rate forms can be treated. These methods are simple and highly efficient for arbitrary particle geometry and parameters, including a large Thiele modulus. (C) 2001 Elsevier Science Ltd. All rights reserved.

A new approach to the initial value problem

5th Portuguese Conference on Automatic Control, September, 5-7, 2002, Aveiro, Portugal

Intervention précoce dans la phase initiale des troubles psychotiques à Lausanne: quels problèmes et quelles solutions [Early intervention for the initial phase of psychotic disorders in Lausanne: what problems and what solutions?]

Schizophrenia has long been considered with pessimism, but the recent interest in the early phase of psychotic disorders has modified this often unjustified perception. Literature has demonstrated the benefit of the development of programs specialised in the treatment of early psychosis, which tend to be developed in many countries. It is however important to match them to local needs as well as to the structure of local health services. This paper reviews elements that justify such a development in Lausanne, Switzerland, and describe its various elements.

On the stability of the optimal value and the optimal set in optimization problems

The paper develops a stability theory for the optimal value and the optimal set mapping of optimization problems posed in a Banach space. The problems considered in this paper have an arbitrary number of inequality constraints involving lower semicontinuous (not necessarily convex) functions and one closed abstract constraint set. The considered perturbations lead to problems of the same type as the nominal one (with the same space of variables and the same number of constraints), where the abstract constraint set can also be perturbed. The spaces of functions involved in the problems (objective and constraints) are equipped with the metric of the uniform convergence on the bounded sets, meanwhile in the space of closed sets we consider, coherently, the Attouch-Wets topology. The paper examines, in a unified way, the lower and upper semicontinuity of the optimal value function, and the closedness, lower and upper semicontinuity (in the sense of Berge) of the optimal set mapping. This paper can be seen as a second part of the stability theory presented in [17], where we studied the stability of the feasible set mapping (completed here with the analysis of the Lipschitz-like property).

Application of the combined integral method to Stefan problems

In this paper we present a new, accurate form of the heat balance integral method, termed the Combined Integral Method (or CIM). The application of this method to Stefan problems is discussed. For simple test cases the results are compared with exact and asymptotic limits. In particular, it is shown that the CIM is more accurate than the second order, large Stefan number, perturbation solution for a wide range of Stefan numbers. In the initial examples it is shown that the CIM reduces the standard problem, consisting of a PDE defined over a domain specified by an ODE, to the solution of one or two algebraic equations. The latter examples, where the boundary temperature varies with time, reduce to a set of three first order ODEs.

Solving higher-dimensional continuous time stochastic control problems by value function regression

The paper develops a method to solve higher-dimensional stochasticcontrol problems in continuous time. A finite difference typeapproximation scheme is used on a coarse grid of low discrepancypoints, while the value function at intermediate points is obtainedby regression. The stability properties of the method are discussed,and applications are given to test problems of up to 10 dimensions.Accurate solutions to these problems can be obtained on a personalcomputer.

Conventional and Reciprocal Approaches to the Forward and Inverse Problems of Electroencephalography

Le problème inverse en électroencéphalographie (EEG) est la localisation de sources de courant dans le cerveau utilisant les potentiels de surface sur le cuir chevelu générés par ces sources. Une solution inverse implique typiquement de multiples calculs de potentiels de surface sur le cuir chevelu, soit le problème direct en EEG. Pour résoudre le problème direct, des modèles sont requis à la fois pour la configuration de source sous-jacente, soit le modèle de source, et pour les tissues environnants, soit le modèle de la tête. Cette thèse traite deux approches bien distinctes pour la résolution du problème direct et inverse en EEG en utilisant la méthode des éléments de frontières (BEM): l’approche conventionnelle et l’approche réciproque. L’approche conventionnelle pour le problème direct comporte le calcul des potentiels de surface en partant de sources de courant dipolaires. D’un autre côté, l’approche réciproque détermine d’abord le champ électrique aux sites des sources dipolaires quand les électrodes de surfaces sont utilisées pour injecter et retirer un courant unitaire. Le produit scalaire de ce champ électrique avec les sources dipolaires donne ensuite les potentiels de surface. L’approche réciproque promet un nombre d’avantages par rapport à l’approche conventionnelle dont la possibilité d’augmenter la précision des potentiels de surface et de réduire les exigences informatiques pour les solutions inverses. Dans cette thèse, les équations BEM pour les approches conventionnelle et réciproque sont développées en utilisant une formulation courante, la méthode des résidus pondérés. La réalisation numérique des deux approches pour le problème direct est décrite pour un seul modèle de source dipolaire. Un modèle de tête de trois sphères concentriques pour lequel des solutions analytiques sont disponibles est utilisé. Les potentiels de surfaces sont calculés aux centroïdes ou aux sommets des éléments de discrétisation BEM utilisés. La performance des approches conventionnelle et réciproque pour le problème direct est évaluée pour des dipôles radiaux et tangentiels d’excentricité variable et deux valeurs très différentes pour la conductivité du crâne. On détermine ensuite si les avantages potentiels de l’approche réciproquesuggérés par les simulations du problème direct peuvent êtres exploités pour donner des solutions inverses plus précises. Des solutions inverses à un seul dipôle sont obtenues en utilisant la minimisation par méthode du simplexe pour à la fois l’approche conventionnelle et réciproque, chacun avec des versions aux centroïdes et aux sommets. Encore une fois, les simulations numériques sont effectuées sur un modèle à trois sphères concentriques pour des dipôles radiaux et tangentiels d’excentricité variable. La précision des solutions inverses des deux approches est comparée pour les deux conductivités différentes du crâne, et leurs sensibilités relatives aux erreurs de conductivité du crâne et au bruit sont évaluées. Tandis que l’approche conventionnelle aux sommets donne les solutions directes les plus précises pour une conductivité du crâne supposément plus réaliste, les deux approches, conventionnelle et réciproque, produisent de grandes erreurs dans les potentiels du cuir chevelu pour des dipôles très excentriques. Les approches réciproques produisent le moins de variations en précision des solutions directes pour différentes valeurs de conductivité du crâne. En termes de solutions inverses pour un seul dipôle, les approches conventionnelle et réciproque sont de précision semblable. Les erreurs de localisation sont petites, même pour des dipôles très excentriques qui produisent des grandes erreurs dans les potentiels du cuir chevelu, à cause de la nature non linéaire des solutions inverses pour un dipôle. Les deux approches se sont démontrées également robustes aux erreurs de conductivité du crâne quand du bruit est présent. Finalement, un modèle plus réaliste de la tête est obtenu en utilisant des images par resonace magnétique (IRM) à partir desquelles les surfaces du cuir chevelu, du crâne et du cerveau/liquide céphalorachidien (LCR) sont extraites. Les deux approches sont validées sur ce type de modèle en utilisant des véritables potentiels évoqués somatosensoriels enregistrés à la suite de stimulation du nerf médian chez des sujets sains. La précision des solutions inverses pour les approches conventionnelle et réciproque et leurs variantes, en les comparant à des sites anatomiques connus sur IRM, est encore une fois évaluée pour les deux conductivités différentes du crâne. Leurs avantages et inconvénients incluant leurs exigences informatiques sont également évalués. Encore une fois, les approches conventionnelle et réciproque produisent des petites erreurs de position dipolaire. En effet, les erreurs de position pour des solutions inverses à un seul dipôle sont robustes de manière inhérente au manque de précision dans les solutions directes, mais dépendent de l’activité superposée d’autres sources neurales. Contrairement aux attentes, les approches réciproques n’améliorent pas la précision des positions dipolaires comparativement aux approches conventionnelles. Cependant, des exigences informatiques réduites en temps et en espace sont les avantages principaux des approches réciproques. Ce type de localisation est potentiellement utile dans la planification d’interventions neurochirurgicales, par exemple, chez des patients souffrant d’épilepsie focale réfractaire qui ont souvent déjà fait un EEG et IRM.

Anisotropic adaptive resolution of boundary layers for heat conduction problems

We deal with the numerical solution of heat conduction problems featuring steep gradients. In order to solve the associated partial differential equation a finite volume technique is used and unstructured grids are employed. A discrete maximum principle for triangulations of a Delaunay type is developed. To capture thin boundary layers incorporating steep gradients an anisotropic mesh adaptation technique is implemented. Computational tests are performed for an academic problem where the exact solution is known as well as for a real world problem of a computer simulation of the thermoregulation of premature infants.

Missing Value and Comparison Problems : what Pupils Know before the Teaching of Proportion. 'Problemas de valor ausente y de comparación : qué saben los alumnos antes de la enseñanza de la proporción'.

Resumen basado en el de la publicación

Consistent Dirichlet Boundary Conditions for Numerical Solution of Moving Boundary Problems

We consider the imposition of Dirichlet boundary conditions in the finite element modelling of moving boundary problems in one and two dimensions for which the total mass is prescribed. A modification of the standard linear finite element test space allows the boundary conditions to be imposed strongly whilst simultaneously conserving a discrete mass. The validity of the technique is assessed for a specific moving mesh finite element method, although the approach is more general. Numerical comparisons are carried out for mass-conserving solutions of the porous medium equation with Dirichlet boundary conditions and for a moving boundary problem with a source term and time-varying mass.