Analysis of strip electric saturation model of crack problem in piezoelectric materials

This paper presents a fully anisotropic analysis of strip electric saturation model proposed by Gao et al. (1997) (Gao, H.J., Zhang, T.Y., Tong, P., 1997. Local and global energy release rates for an electrically yielded crack in a piezoelectric ceramic. J. Mech. Phys. Solids, 45, 491-510) for piezoelectric materials. The relationship between the size of the strip saturation zone ahead of a crack tip and the applied electric displacement field is established. It is revealed that the critical fracture stresses for a crack perpendicular to the poling axis is linearly decreased with the increase of the positive applied electric field and increases linearly with the increase of the negative applied electric field. For a crack parallel to the poring axis, the failure stress is not effected by the parallel applied electric field. In order to analyse the existed experimental results, the stress fields ahead of the tip of an elliptic notch in an infinite piezoelectric solid are calculated. The critical maximum stress criterion is adopted for determining the fracture stresses under different remote electric displacement fields. The present analysis indicates that the crack initiation and propagation from the tip of a sharp elliptic notch could be aided or impeded by an electric displacement field depending on the field direction. The fracture stress predicted by the present analysis is consistent with the experimental data given by Park and Sun (1995) (Park, S., Sun, C.T., 1995. Fracture criteria for piezoelectric materials. J. Am. Ceram. Soc 78, 1475-1480).

The Linear Ordering Problem Revisited

The Linear Ordering Problem is a popular combinatorial optimisation problem which has been extensively addressed in the literature. However, in spite of its popularity, little is known about the characteristics of this problem. This paper studies a procedure to extract static information from an instance of the problem, and proposes a method to incorporate the obtained knowledge in order to improve the performance of local search-based algorithms. The procedure introduced identifies the positions where the indexes cannot generate local optima for the insert neighbourhood, and thus global optima solutions. This information is then used to propose a restricted insert neighbourhood that discards the insert operations which move indexes to positions where optimal solutions are not generated. In order to measure the efficiency of the proposed restricted insert neighbourhood system, two state-of-the-art algorithms for the LOP that include local search procedures have been modified. Conducted experiments confirm that the restricted versions of the algorithms outperform the classical designs systematically. The statistical test included in the experimentation reports significant differences in all the cases, which validates the efficiency of our proposal.

Cost effectiveness of a combination of instruments for global warming: a quantitative approach for Spain

Climate change is an important environmental problem and one whose economic implications are many and varied. This paper starts with the presumption that mitigation of greenhouse gases is a necessary policy that has to be designed in a cost effective way. It is well known that market instruments are the best option for cost effectiveness. But the discussion regarding which of the various market instruments should be used, how they may interact and what combinations of policies should be implemented is still open and very lively. In this paper we propose a combination of instruments: the marketable emission permits already in place in Europe for major economic sectors and a CO(2) tax for economic sectors not included in the emissions permit scheme. The study uses an applied general equilibrium model for the Spanish economy to compute the results obtained with the new mix of instruments proposed. As the combination of the market for emission permits and the CO(2) tax admits different possibilities that depend on how the mitigation is distributed among the economic sectors, we concentrate on four possibilities: cost-effective, equalitarian, proportional to emissions, and proportional to output distributions. Other alternatives to the CO(2) tax are also analysed (tax on energy, on oil and on electricity). Our findings suggest that careful, well designed policies are needed as any deviation imposes significant additional costs that increase more than proportionally to the level of emissions reduction targeted by the EU.

The global optimization of phase-incoherent signals

The problem of global optimization of M phase-incoherent signals in N complex dimensions is formulated. Then, by using the geometric approach of Landau and Slepian, conditions for optimality are established for N = 2 and the optimal signal sets are determined for M = 2, 3, 4, 6, and 12.

The method is the following: The signals are assumed to be equally probable and to have equal energy, and thus are represented by points ṡ_i, i = 1, 2, …, M, on the unit sphere S₁ in C^N. If W_ik is the halfspace determined by ṡ_i and ṡ_k and containing ṡ_i, i.e. W_ik = {ṙϵC^N:| ≥ | ˂ṙ, ṡ_k˃|}, then the Ʀ_i = ∩/k≠i W_ik, i = 1, 2, …, M, the maximum likelihood decision regions, partition S₁. For additive complex Gaussian noise ṅ and a received signal ṙ = ṡ_ie^jϴ + ṅ, where ϴ is uniformly distributed over [0, 2π], the probability of correct decoding is P_C = 1/π^N ∞/ʃ/0 r^2N-1e^-(r2+1)U(r)dr, where U(r) = 1/M M/Ʃ/i=1 Ʀ_i ʃ/∩ S₁ I₀(2r | ˂ṡ, ṡ_i˃|)dσ(ṡ), and r = ǁṙǁ.

For N = 2, it is proved that U(r) ≤ ʃ/C_α I₀(2r|˂ṡ, ṡ_i˃|)dσ(ṡ) – 2K/M. h(1/2K [Mσ(C_α)-σ(S₁)]), where C_α = {ṡϵS₁:|˂ṡ, ṡ_i˃| ≥ α}, K is the total number of boundaries of the net on S₁ determined by the decision regions, and h is the strictly increasing strictly convex function of σ(C_α∩W), (where W is a halfspace not containing ṡ_i), given by h = ʃ/C_α∩W I₀ (2r|˂ṡ, ṡ_i˃|)dσ(ṡ). Conditions for equality are established and these give rise to the globally optimal signal sets for M = 2, 3, 4, 6, and 12.

Análise global da estabilidade termodinâmica de misturas: um estudo com o método do conjunto gerador

O cálculo do equilíbrio de fases é um problema de grande importância em processos da engenharia, como, por exemplo, na separação por destilação, em processos de extração e simulação da recuperação terciária de petróleo, entre outros. Mas para resolvê-lo é aconselhável que se estude a priori a estabilidade termodinâmica do sistema, a qual consiste em determinar se uma dada mistura se apresenta em uma ou mais fases. Tal problema pode ser abordado como um problema de otimização, conhecido como a minimização da função distância do plano tangente à energia livre de Gibbs molar, onde modelos termodinâmicos, de natureza não convexa e não linear, são utilizados para descrevê-lo. Esse fato tem motivado um grande interesse em técnicas de otimização robustas e eficientes para a resolução de problemas relacionados com a termodinâmica do equilíbrio de fases. Como tem sido ressaltado na literatura, para proporcionar uma completa predição do equilíbrio de fases, faz-se necessário não apenas a determinação do minimizador global da função objetivo do teste de estabilidade, mas também a obtenção de todos os seus pontos estacionários. Assim, o desenvolvimento de metodologias para essa tarefa desafiadora tem se tornado uma nova área de pesquisa da otimização global aplicada à termodinâmica do equilíbrio, com interesses comuns na engenharia química e na engenharia do petróleo. O foco do presente trabalho é uma nova metodologia para resolver o problema do teste de estabilidade. Para isso, usa-se o chamado método do conjunto gerador para realizar buscas do tipo local em uma rede de pontos previamente gerada por buscas globais efetuadas com uma metaheurística populacional, no caso o método do enxame de partículas.Para se obter mais de um ponto estacionário, minimizam-se funções de mérito polarizadas, cujos pólos são os pontos previamente encontrados. A metodologia proposta foi testada na análise de quatorze misturas polares previamente consideradas na literatura. Os resultados mostraram que o método proposto é robusto e eficiente a ponto de encontrar, além do minimizador global, todos os pontos estacionários apontados previamente na literatura, sendo também capaz de detectar, em duas misturas ternárias estudadas, pontos estacionários não obtidos pelo chamado método de análise intervalar, uma técnica confiável e muito difundida na literatura. A análise do teste de estabilidade pela simples utilização do método do enxame de partículas associado à técnica de polarização mencionada acima, para a obtenção de mais de um ponto estacionário (sem a busca local feita pelo método do conjunto gerador em uma dada rede de pontos), constitui outra metodologia para a resolução do problema de interesse. Essa utilização é uma novidade secundária deste trabalho. Tal metodologia simplificada exibiu também uma grande robustez, sendo capaz de encontrar todos os pontos estacionários pesquisados. No entanto, quando comparada com a abordagem mais geral proposta aqui, observou-se que tal simplificação pode, em alguns casos onde a função de mérito apresenta uma geometria mais complexa, consumir um tempo de máquina relativamente grande, dessa forma é menos eficiente.

Transnacionais como veículo de investimento e o problema da corrupção: dois temas relevantes da atual agenda global

A expansão econômico-financeira do mercado, com a presença global das TNCs, dá a tônica da sociedade contemporânea, na qual, atividades sociais, políticas e econômicas adquirem facilmente uma dimensão mundial. Nesse sentido, eventos, decisões e atividades ocorridas em uma determinada localidade, quase que imediatamente, impactam a vida de indivíduos e comunidades em outras partes do globo, ainda que muito distantes geograficamente. Isso pode ser exemplificado pelas repercussões da recente crise econômica na Europa, nos Estados Unidos e em outros centros de pujança financeira, e que, em parte, foram desencadeadas por atos de corrupção. Dentro desse contexto, a bidimensionalidade clássica que contrapõe o Direito Internacional em ramos do DIP e do DIPr não é suficiente para compreender a conjuntura das situações atuais. Para tanto, a Transnational Law une o Direito Internacional Público e Direito Internacional Privado com novos temas do direito, tais como: Direito Administrativo Internacional, o Direito do Desenvolvimento Econômico, Direitos Humanos e as regras aplicáveis às empresas transnacionais, que passam a ser consideradas como atores do sistema internacional. Nesse sentido, o presente trabalho busca contextualizar, por meio da perspectiva da interdependência, o tema da responsabilidade das TNCs e dos investimentos dentro da ciência do Direito, contrapondo com o tema da corrupção, sua agenda global e seus efeitos nefastos. Com efeito, deu-se prioridade à análise do esforço internacional no combate à corrupção (tratados internacionais, leis, inclusive com efeitos extraterritoriais, e outras legislações internacionais com natureza de soft-law), para ao final comentar acerca das particularidades do Brasil quanto ao tema.

Convergence Properties and Fixed Points of Two General Iterative Schemes with Composed Maps in Banach Spaces with Applications to Guaranteed Global Stability

This paper investigates the boundedness and convergence properties of two general iterative processes which involve sequences of self-mappings on either complete metric or Banach spaces. The sequences of self-mappings considered in the first iterative scheme are constructed by linear combinations of a set of self-mappings, each of them being a weighted version of a certain primary self-mapping on the same space. The sequences of self-mappings of the second iterative scheme are powers of an iteration-dependent scaled version of the primary self-mapping. Some applications are also given to the important problem of global stability of a class of extended nonlinear polytopic-type parameterizations of certain dynamic systems.

Uma dedução dos critérios de multicriticalidade e o cálculo de pontos tricríticos via otimização global

Uma dedução dos critérios de multicriticalidade para o cálculo de pontos críticos de qualquer ordem representa a formalização de ideias utilizadas para calcular pontos críticos e tricríticos e ainda amplia tais ideias. De posse desta dedução pode-se compreender os critérios de tricriticalidade e, com isso, através de uma abordagem via problema de otimização global pode-se fazer o cálculo de pontos tricríticos utilizando um método numérico adequado de otimização global. Para evitar um excesso de custo computacional com rotinas numéricas utilizou-se aproximações na forma de diferenças finitas dos termos que compõem a função objetivo. Para simular a relação P v - T optou-se pela equação de estado cúbica de Peng-Robinson e pela regra clássica de fluidos de van der Vaals, para modelagem do problema também se calculou os tensores de ordem 2, 3, 4 e 5 da função do teste de estabilidade. Os resultados obtidos foram comparados com dados experimentais e por resultados obtidos com outros autores que utilizaram métodos numéricos, equação de estado ou abordagem diferente das utilizadas neste trabalho.

A global protocol for monitoring of coral bleaching

Coral bleaching and subsequent mortality represent a major threat to the future health and productivity of coral reefs. However a lack of reliable data on occurrence, severity and other characteristics of bleaching events hampers research on the causes and consequences of this important phenomenon. This article describes a global protocol for monitoring coral bleaching events, which addresses this problem and can be used by people with different levels of expertise and resources.

Formulação teórica dos fundamentos da otimização global topográfica com análise de desempenho e aplicações à estabilidade de fases de misturas termodinâmicas

Métodos de otimização que utilizam condições de otimalidade de primeira e/ou segunda ordem são conhecidos por serem eficientes. Comumente, esses métodos iterativos são desenvolvidos e analisados à luz da análise matemática do espaço euclidiano n-dimensional, cuja natureza é de caráter local. Consequentemente, esses métodos levam a algoritmos iterativos que executam apenas as buscas locais. Assim, a aplicação de tais algoritmos para o cálculo de minimizadores globais de uma função não linear,especialmente não-convexas e multimodais, depende fortemente da localização dos pontos de partida. O método de Otimização Global Topográfico é um algoritmo de agrupamento, que utiliza uma abordagem baseada em conceitos elementares da teoria dos grafos, a fim de gerar bons pontos de partida para os métodos de busca local, a partir de pontos distribuídos de modo uniforme no interior da região viável. Este trabalho tem dois objetivos. O primeiro é realizar uma nova abordagem sobre método de Otimização Global Topográfica, onde, pela primeira vez, seus fundamentos são formalmente descritos e suas propriedades básicas são matematicamente comprovadas. Neste contexto, propõe-se uma fórmula semi-empírica para calcular o parâmetro chave deste algoritmo de agrupamento, e, usando um método robusto e eficiente de direções viáveis por pontos-interiores, estendemos o uso do método de Otimização Global Topográfica a problemas com restrições de desigualdade. O segundo objetivo é a aplicação deste método para a análise de estabilidade de fase em misturas termodinâmicas,o qual consiste em determinar se uma dada mistura se apresenta em uma ou mais fases. A solução deste problema de otimização global é necessária para o cálculo do equilíbrio de fases, que é um problema de grande importância em processos da engenharia, como, por exemplo, na separação por destilação, em processos de extração e simulação da recuperação terciária de petróleo, entre outros. Além disso, afim de ter uma avaliação inicial do potencial dessa técnica, primeiro vamos resolver 70 problemas testes, e então comparar o desempenho do método proposto aqui com o solver MIDACO, um poderoso software recentemente introduzido no campo da otimização global.

The potential consequences of climate variability and change on coastal areas and marine resources: report of the Coastal Areas and Marine Resources Sector Team, U.S. National Assessment of the Potential Consequences of Climate Variability and Change, U.S. Global Change Research Program

Coastal and marine ecosystems support diverse and important fisheries throughout the nation’s waters, hold vast storehouses of biological diversity, and provide unparalleled recreational opportunities. Some 53% of the total U.S. population live on the 17% of land in the coastal zone, and these areas become more crowded every year. Demands on coastal and marine resources are rapidly increasing, and as coastal areas become more developed, the vulnerability of human settlements to hurricanes, storm surges, and flooding events also increases. Coastal and marine environments are intrinsically linked to climate in many ways. The ocean is an important distributor of the planet’s heat, and this distribution could be strongly influenced by changes in global climate over the 21st century. Sea-level rise is projected to accelerate during the 21st century, with dramatic impacts in low-lying regions where subsidence and erosion problems already exist. Many other impacts of climate change on the oceans are difficult to project, such as the effects on ocean temperatures and precipitation patterns, although the potential consequences of various changes can be assessed to a degree. In other instances, research is demonstrating that global changes may already be significantly impacting marine ecosystems, such as the impact of increasing nitrogen on coastal waters and the direct effect of increasing carbon dioxide on coral reefs. Coastal erosion is already a widespread problem in much of the country and has significant impacts on undeveloped shorelines as well as on coastal development and infrastructure. Along the Pacific Coast, cycles of beach and cliff erosion have been linked to El Niño events that elevate average sea levels over the short term and alter storm tracks that affect erosion and wave damage along the coastline. These impacts will be exacerbated by long-term sea-level rise. Atlantic and Gulf coastlines are especially vulnerable to long-term sea-level rise as well as any increase in the frequency of storm surges or hurricanes. Most erosion events here are the result of storms and extreme events, and the slope of these areas is so gentle that a small rise in sea level produces a large inland shift of the shoreline. When buildings, roads and seawalls block this natural migration, the beaches and shorelines erode, threatening property and infrastructure as well as coastal ecosystems.

Global state synchronization in networks of cyclic feedback systems

This technical note studies global asymptotic state synchronization in networks of identical systems. Conditions on the coupling strength required for the synchronization of nodes having a cyclic feedback structure are deduced using incremental dissipativity theory. The method takes advantage of the incremental passivity properties of the constituent subsystems of the network nodes to reformulate the synchronization problem as one of achieving incremental passivity by coupling. The method can be used in the framework of contraction theory to constructively build a contracting metric for the incremental system. The result is illustrated for a network of biochemical oscillators. © 2011 IEEE.

instability of standing wave, global existence and blowup for the klein-gordon-zakharov system with different-degree nonlinearities

This paper discusses the Klein–Gordon–Zakharov system with different-degree nonlinearities in two and three space dimensions. Firstly, we prove the existence of standing wave with ground state by applying an intricate variational argument. Next, by introducing an auxiliary functional and an equivalent minimization problem, we obtain two invariant manifolds under the solution flow generated by the Cauchy problem to the aforementioned Klein–Gordon–Zakharov system. Furthermore, by constructing a type of constrained variational problem, utilizing the above two invariant manifolds as well as applying potential well argument and concavity method, we derive a sharp threshold for global existence and blowup. Then, combining the above results, we obtain two conclusions of how small the initial data are for the solution to exist globally by using dilation transformation. Finally, we prove a modified instability of standing wave to the system under study.

Natural Language Input for a Computer Problem Solving System

The STUDENT problem solving system, programmed in LISP, accepts as input a comfortable but restricted subset of English which can express a wide variety of algebra story problems. STUDENT finds the solution to a large class of these problems. STUDENT can utilize a store of global information not specific to any one problem, and may make assumptions about the interpretation of ambiguities in the wording of the problem being solved. If it uses such information or makes any assumptions, STUDENT communicates this fact to the user. The thesis includes a summary of other English language questions-answering systems. All these systems, and STUDENT, are evaluated according to four standard criteria. The linguistic analysis in STUDENT is a first approximation to the analytic portion of a semantic theory of discourse outlined in the thesis. STUDENT finds the set of kernel sentences which are the base of the input discourse, and transforms this sequence of kernel sentences into a set of simultaneous equations which form the semantic base of the STUDENT system. STUDENT then tries to solve this set of equations for the values of requested unknowns. If it is successful it gives the answers in English. If not, STUDENT asks the user for more information, and indicates the nature of the desired information. The STUDENT system is a first step toward natural language communication with computers. Further work on the semantic theory proposed should result in much more sophisticated systems.

Multilevel refinement for the vehicle routing problem

Multilevel approaches to computational problems are pervasive across many areas of applied mathematics and scientific computing. The multilevel paradigm uses recursive coarsening to create a hierarchy of approximations to the original problem, then an initial solution is found for the coarsest problem and iteratively refined and improved at each level, coarsest to finest. The solution process is aided by the global perspective (or `global view') imparted to the optimisation by the coarsening. This paper looks at their application to the Vehicle Routing Problem.