Propriétés des valeurs propres de ballotement pour contenants symétriques

Le problème d’oscillation de fluides dans un conteneur est un problème classique d’hydrodynamique qui est etudié par des mathématiciens et ingénieurs depuis plus de 150 ans. Le présent travail est lié à l’étude de l’alternance des fonctions propres paires et impaires du problème de Steklov-Neumann pour les domaines à deux dimensions ayant une forme symétrique. On obtient des résultats sur la parité de deuxième et troisième fonctions propres d’un tel problème pour les trois premiers modes, dans le cas de domaines symétriques arbitraires. On étudie aussi la simplicité de deux premières valeurs propres non nulles d’un tel problème. Il existe nombre d’hypothèses voulant que pour le cas des domaines symétriques, toutes les valeurs propres sont simples. Il y a des résultats de Kozlov, Kuznetsov et Motygin [1] sur la simplicité de la première valeur propre non nulle obtenue pour les domaines satisfaisants la condition de John. Dans ce travail, il est montré que pour les domaines symétriques, la deuxième valeur propre non-nulle du problème de Steklov-Neumann est aussi simple.

Nichtüberlappende Gebietszerlegungsmethoden für lineare und quasilineare (monotone und nichtmonotone) Probleme

In dieser Arbeit werden nichtüberlappende Gebietszerlegungsmethoden einerseits hinsichtlich der zu lösenden Problemklassen verallgemeinert und andererseits in bisher nicht untersuchten Kontexten betrachtet. Dabei stehen funktionalanalytische Untersuchungen zur Wohldefiniertheit, eindeutigen Lösbarkeit und Konvergenz im Vordergrund. Im ersten Teil werden lineare elliptische Dirichlet-Randwertprobleme behandelt, wobei neben Problemen mit dominantem Hauptteil auch solche mit singulärer Störung desselben, wie konvektions- oder reaktionsdominante Probleme zugelassen sind. Der zweite Teil befasst sich mit (gleichmäßig) monotonen koerziven quasilinearen elliptischen Dirichlet-Randwertproblemen. In beiden Fällen wird das Lipschitz-Gebiet in endlich viele Lipschitz-Teilgebiete zerlegt, wobei insbesondere Kreuzungspunkte und Teilgebiete ohne Außenrand zugelassen sind. Anschließend werden Transmissionsprobleme mit frei wählbaren $L^{\infty}$-Parameterfunktionen hergeleitet, wobei die Konormalenableitungen als Funktionale auf geeigneten Funktionenräumen über den Teilrändern ($H_{00}^{1/2}(\Gamma)$) interpretiert werden. Die iterative Lösung dieser Transmissionsprobleme mit einem Ansatz von Deng führt auf eine Substrukturierungsmethode mit Robin-artigen Transmissionsbedingungen, bei der eine Auswertung der Konormalenableitungen aufgrund einer geschickten Aufdatierung der Robin-Daten nicht notwendig ist (insbesondere ist die bekannte Robin-Robin-Methode von Lions als Spezialfall enthalten). Die Konvergenz bezüglich einer partitionierten $H^1$-Norm wird für beide Problemklassen gezeigt. Dabei werden keine über $H^1$ hinausgehende Regularitätsforderungen an die Lösungen gestellt und die Gebiete müssen keine zusätzlichen Glattheitsvoraussetzungen erfüllen. Im letzten Kapitel werden nichtmonotone koerzive quasilineare Probleme untersucht, wobei das Zugrunde liegende Gebiet nur in zwei Lipschitz-Teilgebiete zerlegt sein soll. Das zugehörige nichtlineare Transmissionsproblem wird durch Kirchhoff-Transformation in lineare Teilprobleme mit nichtlinearen Kopplungsbedingungen überführt. Ein optimierungsbasierter Lösungsansatz, welcher einen geeigneten Abstand der rücktransformierten Dirichlet-Daten der linearen Teilprobleme auf den Teilrändern minimiert, führt auf ein optimales Kontrollproblem. Die dabei entstehenden regularisierten freien Minimierungsprobleme werden mit Hilfe eines Gradientenverfahrens unter minimalen Glattheitsforderungen an die Nichtlinearitäten gelöst. Unter zusätzlichen Glattheitsvoraussetzungen an die Nichtlinearitäten und weiteren technischen Voraussetzungen an die Lösung des quasilinearen Ausgangsproblems, kann zudem die quadratische Konvergenz des Newton-Verfahrens gesichert werden.

Die aeroelastische Stabilitätsanalyse – ein praxisnaher Ansatz zur intervalltheoretischen Betrachtung von Modellierungsunsicherheiten am Flugzeug

Die Untersuchung des dynamischen aeroelastischen Stabilitätsverhaltens von Flugzeugen erfordert sehr komplexe Rechenmodelle, welche die wesentlichen elastomechanischen und instationären aerodynamischen Eigenschaften der Konstruktion wiedergeben sollen. Bei der Modellbildung müssen einerseits Vereinfachungen und Idealisierungen im Rahmen der Anwendung der Finite Elemente Methode und der aerodynamischen Theorie vorgenommen werden, deren Auswirkungen auf das Simulationsergebnis zu bewerten sind. Andererseits können die strukturdynamischen Kenngrößen durch den Standschwingungsversuch identifiziert werden, wobei die Ergebnisse Messungenauigkeiten enthalten. Für eine robuste Flatteruntersuchung müssen die identifizierten Unwägbarkeiten in allen Prozessschritten über die Festlegung von unteren und oberen Schranken konservativ ermittelt werden, um für alle Flugzustände eine ausreichende Flatterstabilität sicherzustellen. Zu diesem Zweck wird in der vorliegenden Arbeit ein Rechenverfahren entwickelt, welches die klassische Flatteranalyse mit den Methoden der Fuzzy- und Intervallarithmetik verbindet. Dabei werden die Flatterbewegungsgleichungen als parameterabhängiges nichtlineares Eigenwertproblem formuliert. Die Änderung der komplexen Eigenlösung infolge eines veränderlichen Einflussparameters wird mit der Methode der numerischen Fortsetzung ausgehend von der nominalen Startlösung verfolgt. Ein modifizierter Newton-Iterations-Algorithmus kommt zur Anwendung. Als Ergebnis liegen die berechneten aeroelastischen Dämpfungs- und Frequenzverläufe in Abhängigkeit von der Fluggeschwindigkeit mit Unschärfebändern vor.

Extended Kalman filtering for robotic proximity sensing

The authors address the problems in using a fiber-optic proximity sensor to detect robot end-effector positioning errors in performing a contact task when uncertainties about target position exist. An extended Kalman filter approach is employed to solve the nonlinear filtering problem. Some experimental results are given.

Um método eficiente para resolução do problema de Despacho Ótimo de Reativos com controle discreto do TAP dos transformadores

Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP)

Multistage and coordinated planning of the expansion of transmission systems

In this paper, an efficient genetic algorithm (GA) is presented to solve the problem of multistage and coordinated transmission expansion planning. This is a mixed integer nonlinear programming problem, difficult for systems of medium and large size and high complexity. The GA presented has a set of specialized genetic operators and an efficient form of generation of the initial population that finds high quality suboptimal topologies for large size and high complexity systems. In these systems, multistage and coordinated planning present a lower investment than static planning. Tests results are shown in one medium complexity system and one large size high complexity system.

A Constructive Heuristic Algorithm for Distribution System Planning

A constructive heuristic algorithm (CHA) to solve distribution system planning (DSP) problem is presented. The DSP is a very complex mixed binary nonlinear programming problem. A CHA is aimed at obtaining an excellent quality solution for the DSP problem. However, a local improvement phase and a branching technique were implemented in the CHA to improve its solution. In each step of the CHA, a sensitivity index is used to add a circuit or a substation to the distribution system. This sensitivity index is obtained by solving the DSP problem considering the numbers of circuits and substations to be added as continuous variables (relaxed problem). The relaxed problem is a large and complex nonlinear programming and was solved through an efficient nonlinear optimization solver. Results of two tests systems and one real distribution system are presented in this paper in order to show the ability of the proposed algorithm.

Efficient heuristic algorithm used for optimal capacitor placement in distribution systems

An efficient heuristic algorithm is presented in this work in order to solve the optimal capacitor placement problem in radial distribution systems. The proposal uses the solution from the mathematical model after relaxing the integrality of the discrete variables as a strategy to identify the most attractive bus to add capacitors to each step of the heuristic algorithm. The relaxed mathematical model is a nonlinear programming problem and is solved using a specialized interior point method, The algorithm still incorporates an additional strategy of local search that enables the finding of a group of quality solutions after small alterations in the optimization strategy. Proposed solution methodology has been implemented and tested in known electric systems getting a satisfactory outcome compared with metaheuristic methods.The tests carried out in electric systems known in specialized literature reveal the satisfactory outcome of the proposed algorithm compared with metaheuristic methods. (C) 2009 Elsevier Ltd. All rights reserved.

Planning and Projects of Secondary Electric Power Distribution Systems

This paper proposes a methodology to achieve integrated planning and projects for secondary distribution circuits. The planning model is formulated as a mixed integer nonlinear programming problem (MINLP). In order to resolve this problem, a tabu search (TS) algorithm is used, with a neighborhood structure developed to explore the physical characteristics of specific geographies included in the planning and expansion of secondary networks, thus obtaining effective solutions as well as low operating costs and investments. The project stage of secondary circuits consists of calculating the mechanical efforts to determine the support structures of the primary and secondary distribution systems and determining the types of structures that should be used in the system according to topological and electrical parameters of the network and, therefore, accurately assessing the costs involved in the construction and/or reform of secondary systems. A constructive heuristic based on information of the electrical and topological conditions between the medium voltage and low voltage systems is used to connect the primary systems and secondary circuits. The results obtained from planning and design simulations of a real secondary system of electric energy distribution are presented.

Optimization Strategies Based on Sequential Quadratic Programming Applied for a Fermentation Process for Butanol Production

Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP)

Power system transmission network expansion planning using AC model

An optimisation technique to solve transmission network expansion planning problem, using the AC model, is presented. This is a very complex mixed integer nonlinear programming problem. A constructive heuristic algorithm aimed at obtaining an excellent quality solution for this problem is presented. An interior point method is employed to solve nonlinear programming problems during the solution steps of the algorithm. Results of the tests, carried out with three electrical energy systems, show the capabilities of the method and also the viability of using the AC model to solve the problem.

On non-linear dynamics and a periodic control design applied to the potential of membrane action

The Fitzhugh-Nagumo (fn) mathematical model characterizes the action potential of the membrane. The dynamics of the Fitzhugh-Nagumo model have been extensively studied both with a view to their biological implications and as a test bed for numerical methods, which can be applied to more complex models. This paper deals with the dynamics in the (FH) model. Here, the dynamics are analyzed, qualitatively, through the stability diagrams to the action potential of the membrane. Furthermore, we also analyze quantitatively the problem through the evaluation of Floquet multipliers. Finally, the nonlinear periodic problem is controlled, based on the Chebyshev polynomial expansion, the Picard iterative method and on Lyapunov-Floquet transformation (L-F transformation).

Optimal Contract Pricing of Distributed Generation in Distribution Networks

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)

Fourth-order method for solving the Navier-Stokes equations in a constricting channel

A fourth-order numerical method for solving the Navier-Stokes equations in streamfunction/vorticity formulation on a two-dimensional non-uniform orthogonal grid has been tested on the fluid flow in a constricted symmetric channel. The family of grids is generated algebraically using a conformal transformation followed by a non-uniform stretching of the mesh cells in which the shape of the channel boundary can vary from a smooth constriction to one which one possesses a very sharp but smooth corner. The generality of the grids allows the use of long channels upstream and downstream as well as having a refined grid near the sharp corner. Derivatives in the governing equations are replaced by fourth-order central differences and the vorticity is eliminated, either before or after the discretization, to form a wide difference molecule for the streamfunction. Extra boundary conditions, necessary for wide-molecule methods, are supplied by a procedure proposed by Henshaw et al. The ensuing set of non-linear equations is solved using Newton iteration. Results have been obtained for Reynolds numbers up to 250 for three constrictions, the first being smooth, the second having a moderately sharp corner and the third with a very sharp corner. Estimates of the error incurred show that the results are very accurate and substantially better than those of the corresponding second-order method. The observed order of the method has been shown to be close to four, demonstrating that the method is genuinely fourth-order. © 1977 John Wiley & Sons, Ltd.

A constructive heuristic algorithm to Short Term Transmission Network Expansion Planning

In this paper a method for solving the Short Term Transmission Network Expansion Planning (STTNEP) problem is presented. The STTNEP is a very complex mixed integer nonlinear programming problem that presents a combinatorial explosion in the search space. In this work we present a constructive heuristic algorithm to find a solution of the STTNEP of excellent quality. In each step of the algorithm a sensitivity index is used to add a circuit (transmission line or transformer) to the system. This sensitivity index is obtained solving the STTNEP problem considering as a continuous variable the number of circuits to be added (relaxed problem). The relaxed problem is a large and complex nonlinear programming and was solved through an interior points method that uses a combination of the multiple predictor corrector and multiple centrality corrections methods, both belonging to the family of higher order interior points method (HOIPM). Tests were carried out using a modified Carver system and the results presented show the good performance of both the constructive heuristic algorithm to solve the STTNEP problem and the HOIPM used in each step.