Smoothed Particle Hydrodynamics (SPH): an Overview and Recent Developments

Smoothed particle hydrodynamics (SPH) is a meshfree particle method based on Lagrangian formulation, and has been widely applied to different areas in engineering and science. This paper presents an overview on the SPH method and its recent developments, including (1) the need for meshfree particle methods, and advantages of SPH, (2) approximation schemes of the conventional SPH method and numerical techniques for deriving SPH formulations for partial differential equations such as the Navier-Stokes (N-S) equations, (3) the role of the smoothing kernel functions and a general approach to construct smoothing kernel functions, (4) kernel and particle consistency for the SPH method, and approaches for restoring particle consistency, (5) several important numerical aspects, and (6) some recent applications of SPH. The paper ends with some concluding remarks.

The statistical bootstrap model

A review is presented of the statistical bootstrap model of Hagedorn and Frautschi. This model is an attempt to apply the methods of statistical mechanics in high-energy physics, while treating all hadron states (stable or unstable) on an equal footing. A statistical calculation of the resonance spectrum on this basis leads to an exponentially rising level density ρ(m) ~ cm^-3 e^βom at high masses.

In the present work, explicit formulae are given for the asymptotic dependence of the level density on quantum numbers, in various cases. Hamer and Frautschi's model for a realistic hadron spectrum is described.

A statistical model for hadron reactions is then put forward, analogous to the Bohr compound nucleus model in nuclear physics, which makes use of this level density. Some general features of resonance decay are predicted. The model is applied to the process of NN annihilation at rest with overall success, and explains the high final state pion multiplicity, together with the low individual branching ratios into two-body final states, which are characteristic of the process. For more general reactions, the model needs modification to take account of correlation effects. Nevertheless it is capable of explaining the phenomenon of limited transverse momenta, and the exponential decrease in the production frequency of heavy particles with their mass, as shown by Hagedorn. Frautschi's results on "Ericson fluctuations" in hadron physics are outlined briefly. The value of β_o required in all these applications is consistently around [120 MeV]^-1 corresponding to a "resonance volume" whose radius is very close to ƛ_π. The construction of a "multiperipheral cluster model" for high-energy collisions is advocated.

Desenvolvimento de um simulador numérico empregando o método Smoothed Particle Hydrodynamics para a resolução de escoamentos incompressíveis. Implementação computacional em paralelo (CUDA)

Neste trabalho, foi desenvolvido um simulador numérico baseado no método livre de malhas Smoothed Particle Hydrodynamics (SPH) para a resolução de escoamentos de fluidos newtonianos incompressíveis. Diferentemente da maioria das versões existentes deste método, o código numérico faz uso de uma técnica iterativa na determinação do campo de pressões. Este procedimento emprega a forma diferencial de uma equação de estado para um fluido compressível e a equação da continuidade a fim de que a correção da pressão seja determinada. Uma versão paralelizada do simulador numérico foi implementada usando a linguagem de programação C/C++ e a Compute Unified Device Architecture (CUDA) da NVIDIA Corporation. Foram simulados três problemas, o problema unidimensional do escoamento de Couette e os problemas bidimensionais do escoamento no interior de uma Cavidade (Shear Driven Cavity Problem) e da Quebra de Barragem (Dambreak).

Simulação de escoamentos incompressíveis empregando o método Smoothed Particle Hydrodynamics utilizando algoritmos iterativos na determinação do campo de pressões

Nesse trabalho, foi desenvolvido um simulador numérico (C/C++) para a resolução de escoamentos de fluidos newtonianos incompressíveis, baseado no método de partículas Lagrangiano, livre de malhas, Smoothed Particle Hydrodynamics (SPH). Tradicionalmente, duas estratégias são utilizadas na determinação do campo de pressões de forma a garantir-se a condição de incompressibilidade do fluido. A primeira delas é a formulação chamada Weak Compressible Smoothed Particle Hydrodynamics (WCSPH), onde uma equação de estado para um fluido quase-incompressível é utilizada na determinação do campo de pressões. A segunda, emprega o Método da Projeção e o campo de pressões é obtido mediante a resolução de uma equação de Poisson. No estudo aqui desenvolvido, propõe-se três métodos iterativos, baseados noMétodo da Projeção, para o cálculo do campo de pressões, Incompressible Smoothed Particle Hydrodynamics (ISPH). A fim de validar os métodos iterativos e o código computacional, foram simulados dois problemas unidimensionais: os escoamentos de Couette entre duas placas planas paralelas infinitas e de Poiseuille em um duto infinito e foram usadas condições de contorno do tipo periódicas e partículas fantasmas. Um problema bidimensional, o escoamento no interior de uma cavidade com a parede superior posta em movimento, também foi considerado. Na resolução deste problema foi utilizado o reposicionamento periódico de partículas e partículas fantasmas.

Uma formulação implícita para o método Smoothed Particle Hydrodynamics

Em uma grande gama de problemas físicos, governados por equações diferenciais, muitas vezes é de interesse obter-se soluções para o regime transiente e, portanto, deve-se empregar técnicas de integração temporal. Uma primeira possibilidade seria a de aplicar-se métodos explícitos, devido à sua simplicidade e eficiência computacional. Entretanto, esses métodos frequentemente são somente condicionalmente estáveis e estão sujeitos a severas restrições na escolha do passo no tempo. Para problemas advectivos, governados por equações hiperbólicas, esta restrição é conhecida como a condição de Courant-Friedrichs-Lewy (CFL). Quando temse a necessidade de obter soluções numéricas para grandes períodos de tempo, ou quando o custo computacional a cada passo é elevado, esta condição torna-se um empecilho. A fim de contornar esta restrição, métodos implícitos, que são geralmente incondicionalmente estáveis, são utilizados. Neste trabalho, foram aplicadas algumas formulações implícitas para a integração temporal no método Smoothed Particle Hydrodynamics (SPH) de modo a possibilitar o uso de maiores incrementos de tempo e uma forte estabilidade no processo de marcha temporal. Devido ao alto custo computacional exigido pela busca das partículas a cada passo no tempo, esta implementação só será viável se forem aplicados algoritmos eficientes para o tipo de estrutura matricial considerada, tais como os métodos do subespaço de Krylov. Portanto, fez-se um estudo para a escolha apropriada dos métodos que mais se adequavam a este problema, sendo os escolhidos os métodos Bi-Conjugate Gradient (BiCG), o Bi-Conjugate Gradient Stabilized (BiCGSTAB) e o Quasi-Minimal Residual (QMR). Alguns problemas testes foram utilizados a fim de validar as soluções numéricas obtidas com a versão implícita do método SPH.

Bagging and the Bayesian Bootstrap

Bagging is a method of obtaining more ro- bust predictions when the model class under consideration is unstable with respect to the data, i.e., small changes in the data can cause the predicted values to change significantly. In this paper, we introduce a Bayesian ver- sion of bagging based on the Bayesian boot- strap. The Bayesian bootstrap resolves a the- oretical problem with ordinary bagging and often results in more efficient estimators. We show how model averaging can be combined within the Bayesian bootstrap and illustrate the procedure with several examples.

Multiple model bootstrap filter for maneuvering target tracking

The extension of the bootstrap filter to the multiple model target tracking problem is considered. Bayesian bootstrap filtering is a very powerful technique since it represents samples by random samples and is therefore not restricted to linear, Gaussian systems, making it ideal for the multiple model problem where very complex densities fan be generated.

Analysing partial ranks by using smoothed paired comparison methods:An investigation of value orientation in Europe

This paper introduces the paired comparison model as a suitable approach for the analysis of partially ranked data. For example, the Inglehart index, collected in international social surveys to examine shifts in post-materialistic values, generates such data on a set of attitude items. However, current analysis methods have failed to account for the complex shifts in individual item values, or to incorporate subject covariates. The paired comparison model is thus developed to allow for covariate subject effects at the individual level, and a reparameterization allows the inclusion of smooth non-linear effects of continuous covariates. The Inglehart index collected in the 1993 International Social Science Programme survey is analysed, and complex non-linear changes of item values with age, level of education and religion are identified. The model proposed provides a powerful tool for social scientists.

Prévisibilité de la prime de risque sur les obligations: Inférence de Bootstrap.

Rapport de recherche