Small time Chung-type LIL for Lévy processes

We prove Chung-type laws of the iterated logarithm for general Lévy processes at zero. In particular, we provide tools to translate small deviation estimates directly into laws of the iterated logarithm. This reveals laws of the iterated logarithm for Lévy processes at small times in many concrete examples. In some cases, exotic norming functions are derived.

Flow-induced morphological instability of a mushy layer

A morphological instability of a mushy layer due to a forced flow in the melt is analysed. The instability is caused by flow induced in the mushy layer by Bernoulli suction at the crests of a sinusoidally perturbed mush–melt interface. The flow in the mushy layer advects heat away from crests which promotes solidification. Two linear stability analyses are presented: the fundamental mechanism for instability is elucidated by considering the case of uniform flow of an inviscid melt; a more complete analysis is then presented for the case of a parallel shear flow of a viscous melt. The novel instability mechanism we analyse here is contrasted with that investigated by Gilpin et al. (1980) and is found to be more potent for the case of newly forming sea ice.

Frazil dynamics and precipitation in a water column with depth-dependent supercooling

A morphological instability of a mushy layer due to a forced flow in the melt is analysed. The instability is caused by flow induced in the mushy layer by Bernoulli suction at the crests of a sinusoidally perturbed mush–melt interface. The flow in the mushy layer advects heat away from crests which promotes solidification. Two linear stability analyses are presented: the fundamental mechanism for instability is elucidated by considering the case of uniform flow of an inviscid melt; a more complete analysis is then presented for the case of a parallel shear flow of a viscous melt. The novel instability mechanism we analyse here is contrasted with that investigated by Gilpin et al. (1980) and is found to be more potent for the case of newly forming sea ice.

The influence of ocean flow on newly forming sea ice

The heat and mass balance of the Arctic Ocean is very sensitive to the growth and decay of sea ice and the interaction between the heat and salt fields in the oceanic boundary layer. The hydraulic roughness of sea ice controls the detailed nature of turbulent fluxes in the boundary layer and hence is an important ingredient in model parameterizations. We describe a novel mechanism for the generation of corrugations of the sea ice–ocean interface, present a mathematical analysis elucidating the mechanism, and present numerical calculations for geophysically relevant conditions. The mechanism relies on brine flows developing in the sea ice due to Bernoulli suction by flow of ocean past the interface. For oceanic shears at the ice interface of 0.2 s−1, we expect the corrugations to form with a wavelength dependent upon the permeability structure of the sea ice which is described herein. The mechanism should be particularly important during sea ice formation in wind-maintained coastal polynyas and in leads. This paper applies our earlier analyses of the fundamental instability to field conditions and extends it to take account of the anisotropic and heterogeneous permeability of sea ice.

Memory and burstiness in dynamic networks

A discrete-time random process is described, which can generate bursty sequences of events. A Bernoulli process, where the probability of an event occurring at time t is given by a fixed probability x, is modified to include a memory effect where the event probability is increased proportionally to the number of events that occurred within a given amount of time preceding t. For small values of x the interevent time distribution follows a power law with exponent −2−x. We consider a dynamic network where each node forms, and breaks connections according to this process. The value of x for each node depends on the fitness distribution, \rho(x), from which it is drawn; we find exact solutions for the expectation of the degree distribution for a variety of possible fitness distributions, and for both cases where the memory effect either is, or is not present. This work can potentially lead to methods to uncover hidden fitness distributions from fast changing, temporal network data, such as online social communications and fMRI scans.

Uniform factorial decay estimate for the remainder of rough Taylor expansion

We establish an uniform factorial decay estimate for the Taylor approximation of solutions to controlled differential equations. Its proof requires a factorial decay estimate for controlled paths which is interesting in its own right.

Approach to Equilibrium for a Class of Random Quantum Models of Infinite Range

We consider random generalizations of a quantum model of infinite range introduced by Emch and Radin. The generalizations allow a neat extension from the class l (1) of absolutely summable lattice potentials to the optimal class l (2) of square summable potentials first considered by Khanin and Sinai and generalised by van Enter and van Hemmen. The approach to equilibrium in the case of a Gaussian distribution is proved to be faster than for a Bernoulli distribution for both short-range and long-range lattice potentials. While exponential decay to equilibrium is excluded in the nonrandom l (1) case, it is proved to occur for both short and long range potentials for Gaussian distributions, and for potentials of class l (2) in the Bernoulli case. Open problems are discussed.

SPECIAL CHARACTERIZATIONS OF STANDARD DISCRETE MODELS

This article presents important properties of standard discrete distributions and its conjugate densities. The Bernoulli and Poisson processes are described as generators of such discrete models. A characterization of distributions by mixtures is also introduced. This article adopts a novel singular notation and representation. Singular representations are unusual in statistical texts. Nevertheless, the singular notation makes it simpler to extend and generalize theoretical results and greatly facilitates numerical and computational implementation.

Characterization of residential chimney conditions for flue gas flow measurements

A literature survey and a theoretical study were performed to characterize residential chimney conditions for flue gas flow measurements. The focus is on Pitot-static probes to give sufficient basis for the development and calibration of a velocity pressure averaging probe suitable for the continuous dynamic (i.e. non steady state) measurement of the low flow velocities present in residential chimneys. The flow conditions do not meet the requirements set in ISO 10780 and ISO 3966 for Pitot-static probe measurements, and the methods and their uncertainties are not valid. The flow velocities in residential chimneys from a heating boiler under normal operating condi-tions are shown to be so low that they in some conditions result in voiding the assumptions of non-viscous fluid justifying the use of the quadratic Bernoulli equation. A non-linear Reynolds number dependent calibration coefficient that is correcting for the viscous effects is needed to avoid significant measurement errors. The wide range of flow velocity during normal boiler operation also results in the flow type changing from laminar, across the laminar to turbulent transition region, to fully turbulent flow, resulting in significant changes of the velocity profile during dynamic measurements. In addition, the short duct lengths (and changes of flow direction and duct shape) used in practice are shown to result in that the measurements are done in the hydrodynamic entrance region where the flow velocity profiles most likely are neither symmetrical nor fully developed. A measurement method insensitive to velocity profile changes is thus needed, if the flow velocity profile cannot otherwise be determined or predicted with reasonable accuracy for the whole measurement range. Because of particulate matter and condensing fluids in the flue gas it is beneficial if the probe can be constructed so that it can easily be taken out for cleaning, and equipped with a locking mechanism to always ensure the same alignment in the duct without affecting the calibration. The literature implies that there may be a significant time lag in the measurements of low flow rates due to viscous effects in the internal impact pressure passages of Pitot probes, and the significance in the discussed application should be studied experimentally. The measured differential pressures from Pitot-static probes in residential chimney flows are so low that the calibration and given uncertainties of commercially available pressure transducers are not adequate. The pressure transducers should be calibrated specifically for the application, preferably in combination with the probe, and the significance of all different error sources should be investigated carefully. Care should be taken also with the temperature measurement, e.g. with averaging of several sensors, as significant temperature gradients may be present in flue gas ducts.

Vibrações naturais em um sistema de interação viga-água incluindo o efeito de onda de superfície

Este trabalho tem como objetivo o estudo modal de um sistema estruturafluído, modelado pela equação de Euler-Bernoulli, para uma viga elástica, sujeita a pressão da água, e por ondas de superfície livre. O sistema acoplado possui condições para o domínio sólido (viga fixa-livre), para o domínio fluído (impermeabilidade e rigidez inferior), com ondas de superfície, e de interfacec fluido-estrutura (condições de continunidade na deflexão, ângulo de rotação, força de corte interno e momento de curvatura). Para deteerminar as vibrações livres e deslocamento no seco e no molhado, utiliza-se o método espectral para eliminar a dependência oscilatória temporal e concentrar-se na determinação dos modos através do estudo de problemas de contornos espaciais. Os modos podem ser calculados com o uso da base clássica de Euler ou da base dinâmica gerada pela resposta impulso. Foram feitas simulações para um material específico, e apresentados os resultados obtidos.

Vibrações naturais em um sistema de interação viga-água sem o efeito de onda de superfície livre

Neste trabalho é apresentado um estudo sobre o comportamento dinâmico de sistemas flexíveis com interação viga-água. Especificamente, é escolhida uma barragem freqüentemente encontrada em problemas de engenharia de irrigação e represas. O modelo matemático utilizado para descrever tal fenômeno tem como variáveis principais a pressão hidrodinâmica e os deslocamentos horizontais da barragem. Uma vez formuladas as equações governantes de tal sistema, que resultam em uma equação de onda para a pressão e uma equação de Euler-Bernoulli para os deslocamentos, é utilizada a técnica de separação de variáveis para proceder à sua solução. Por simplicidade, assumiu-se que no modelo não havia o efeito de onda da superfície livre. Primeiro, foi resolvida a equação para a pressão, sendo calculadas as suas componentes temporais e espaciais. Depois, foi resolvida a equação de Euler-Bernoulli junto com a condição de interface. Foram simulações para o material específico, e apresentados os resultados conseguidos. No final do trabalho são enunciadas as conclusões pertinentes.

Teoria da decisão sob incerteza e a hipótese da utilidade esperada : conceitos analíticos e paradoxos

A teoria da utilidade esperada (EU) é a teoria da decisão mais influente já desenvolvida. A EU é o core da teoria econômica sob incerteza, presente na maior parte dos modelos econômicos que modelam situações de incerteza. Porém, nas últimas três décadas, as evidências experimentais têm levantado sérias dúvidas quanto à capacidade preditiva da EU – gerando grandes controvérsias e uma vasta literatura dedicada a analisar e testar suas propriedades e implicações. Além disso, várias teorias alternativas (teorias não-EU, geralmente, generalizações da EU) têm sido propostas. O objetivo deste trabalho é analisar e avaliar a teoria da utilidade esperada (objetiva) através de uma revisão da literatura, incorporando os principais conceitos desenvolvidos ao longo do tempo. Além disso, este trabalho desenvolve algumas análises originais sobre representação gráfica e propriedades da teoria da utilidade esperada. O trabalho adota uma perspectiva histórica como fio condutor e utiliza uma representação da incerteza em termos de loterias (distribuições de probabilidade discretas). Em linhas gerais, o roteiro de análise do trabalho é o seguinte: princípio da expectância matemática; Bernoulli e a origem da EU; teoria da utilidade sem incerteza; axiomatização da EU; representação gráfica e propriedades da EU; comportamento frente ao risco; medidas de aversão ao risco; dominância estocástica; paradoxos da EU e a reação dos especialistas frente aos paradoxos A conclusão é que existem fortes evidências experimentais de que a EU é sistematicamente violada. Porém, a existência de violações não foi ainda suficientemente testada em experimentos que permitam o aprendizado (tal como pode ocorrer em situações de mercado), onde existe a possibilidade de que as preferências evoluam e que haja uma convergência de comportamento para a EU (ainda que esta possibilidade não se aplique a situações singulares ou que ocorram com pouca freqüência). É possível que testes deste tipo venham a confirmar, em maior ou menor grau, as violações da EU. Mas mesmo que isto ocorra, não significa que a EU não seja útil ou que deva ser abandonada. Em primeiro lugar, porque a EU representou um grande avanço em relação ao princípio da expectância matemática, seu antecessor. Em segundo lugar, porque a EU implica em uma série de propriedades analiticamente convenientes, gerando instrumentos de análise bastante simples (de fato, permitiu a explicação de numerosos fenômenos econômicos), contrastando com a maior complexidade envolvida com o uso das teorias não-EU. Neste cenário, faz mais sentido pensar na EU sendo eventualmente complementada por teorias não-EU do que, sendo abandonada.

Modos em vigas com secção transversal de variação linear

O objetivo principal deste trabalho é a obtenção dos modos e as freqüências naturais de vigas de variação linear e em forma de cunha, com condições de contorno clássicas e não-clássicas, descritas pelo modelo estrutural de Euler-Bernoulli. A forma dos modos foi determinado com o uso das funções cilíndricas. No caso forçado se considera uma força harmônica e se resolve o problema pelo método espectral, utuilizando o software simbólico Maple V5. Realiza-se uma análise comparativa dos resultados obtidos com os resultados existentes na literatura para vigas uniformes.

Uma metodologia unificada no domínio tempo para sistemas concentrados, discretos e distribuídos

A resposta impulso é utilizada como ferramenta padrão no estudo direto de sistemas concentrados, discretos e distribuídos de ordem arbitrária. Esta abordagem leva ao desenvolvimento de uma plataforma unificada para a obtenção de respostas dinâmicas. Em particular, as respostas forçadas dos sistemas são decompostas na soma de uma resposta permanente e de uma resposta livre induzida pelos valores iniciais da resposta permanente. A teoria desenvolve-se de maneira geral e direta para sistemas de n-ésima ordem, introduzindo-se a base dinâmica gerada pela resposta impulso na forma padrão e normalizada, sem utilizar-se a formulação de estado, através da qual reduz-se um sistema de ordem superior para um sistema de primeira ordem. Considerou-se sistemas de primeira ordem a fim de acompanhar-se os muitos resultados apresentados na literatura através da formulação de espaço de estado. Os métodos para o cálculo da resposta impulso foram classificados em espectrais, não espectrais e numéricos. A ênfase é dada aos métodos não espectrais, pois a resposta impulso admite uma fórmula fechada que requer o uso de três equações características do tipo algébrica, diferencial e em diferenças Realizou-se simulações numéricas onde foram apresentados modelos vibratórios clássicos e não clássicos. Os sistemas considerados foram sistemas do tipo concentrado, discreto e distribuído. Os resultados da decomposição da resposta dinâmica de sistemas concentrados diante de cargas harmônicas e não harmônicas foram apresentados em detalhe. A decomposição para o caso discreto foi desenvolvida utilizando-se os esquemas de integração numérica de Adams-Basforth, Strömer e Numerov. Para sistemas distribuídos, foi considerado o modelo de Euler-Bernoulli com força axial, sujeito a entradas oscilatórias com amplitude triangular, pulso e harmônica. As soluções permanentes foram calculadas com o uso da função de Green espacial. A resposta impulso foi aproximada com o uso do método espectral.

Respostas periódicas em sistemas lineares e fracamente não lineares não ressonantes e comportamento dinâmico de sistemas rotativos com o uso da base dinâmica

Este trabalho visa realizar o estudo do comportamento dinâmico de um eixo rotor flexível, modelado segundo a teoria de Euler-Bernoulli e caracterizar as respostas periódicas de sistemas LTI (sistemas lineares invariantes no tempo) e sistemas fracamente não lineares de ordem arbitrária. Para tanto, é utilizada a base dinâmica gerada pela resposta impulso ou solução fundamental. O comportamento dinâmico de um eixo rotor flexível foi discutido em termos da função de Green espacial e calculada de maneira não-modal. Foi realizado um estudo do problema de autovalor para o caso de um um eixo rotor biapoiado. As freqüências são obtidas e os modos escritos em termos da base dinâmica e da velocidade de rotação. As respostas periódicas de sistemas LTI, utilizadas nas aproximações com sistemas fracamente não lineares, são obtidas, independentemente da ordem do sistema, como um operador integral onde o núcleo é a função de Green T-periódica. Esta função é caracterizada em termos das propriedades de continuidade, periodicidade e salto da função de Green T-periódica, e da base dinâmica Simulações foram realizadas para sistemas concentrados, matriciais e escalares, com o objetivo de mostrar a validade da metodologia desenvolvida com as propriedades da função de Green T-periódica. Foi abordado um modelo não-linear para uma centrífuga utilizada na indústria textil [Starzinski, 1977].