The initial-boundary value problem for a class of nonlinear higher-order wave equations system with a damping and source terms in bounded domain is studied. We prove the existence of global solutions. Meanwhile, under the condition of the positive initial energy, it is showed that the solutions blow up in the finite time and the lifespan estimate of solutions is also given.
Journal of information and communication convergence engineering
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v.12
no.1
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pp.39-45
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2014
A numerical method for solving Hamiltonian equations is said to be symplectic if it preserves the symplectic structure associated with the equations. Various symplectic methods are widely used in many fields of science and technology. A symplectic method preserves an approximate Hamiltonian perturbed from the original Hamiltonian. It theoretically supports the effectiveness of symplectic methods for long-term integration. Although it is also related to long-term integration, numerical stability of symplectic methods have received little attention. In this paper, we consider explicit symplectic methods defined for Hamiltonian equations with Hamiltonians of the special form, and study their numerical stability using the harmonic oscillator as a test equation. We propose a new stability criterion and clarify the stability of some existing methods that are visually based on the criterion. We also derive a new method that is better than the existing methods with respect to a Courant-Friedrichs-Lewy condition for hyperbolic equations; this new method is tested through a numerical experiment with a nonlinear wave equation.
Selvamani, Rajendran;Jayan, M. Mahaveer Sree;Ebrahimi, Farzad
Coupled systems mechanics
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v.10
no.1
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pp.39-60
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2021
The present paper is concerned with the study of nonlinear ultrasonic waves in a magneto thermo (MT) elastic armchair single-walled carbon nanotube (ASWCNT) resting on polymer matrix. The analytical formulation is developed based on Eringen's nonlocal elasticity theory to account small scale effect. After developing the formal solution of the mathematical model consisting of partial differential equations, the frequency equations have been analyzed numerically by using the nonlinear foundations supported by Winkler-Pasternak model. The solution is obtained by ultrasonic wave dispersion relations. Parametric work is carried out to scrutinize the influence of the non local scaling, magneto-mechanical loadings, foundation parameters, various boundary condition and length on the dimensionless frequency of nanotube. It is noticed that the boundary conditions, nonlocal parameter, and tube geometrical parameters have significant effects on dimensionless frequency of nano tubes. The results presented in this study can provide mechanism for the study and design of the nano devices like component of nano oscillators, micro wave absorbing, nano-electron technology and nano-electro- magneto-mechanical systems (NEMMS) that make use of the wave propagation properties of armchair single-walled carbon nanotubes embedded on polymer matrix.
Tension leg platforms (TLP's) are highly nonlinear due to large structural displacements and fluid motion-structure interaction. Therefore, the nonlinear dynamic response of TLP's under hydrodynamic wave loading is necessary to determine their deformations and dynamic characteristics. In this paper, a numerical study using modified Morison Equation was carried out in the time domain to investigate the influence of nonlinearities due to hydrodynamic forces and the coupling effect between all degrees of freedom on the dynamic behavior of a TLP. The stiffness of the TLP was derived from a combination of hydrostatic restoring forces and restoring forces due to cables and the nonlinear equations of motion were solved utilizing Newmark's beta integration scheme. The effect of wave characteristics was considered.
Soliton solutions of a class of generalized nonlinear evo-lution equations are discussed analytically and numerically which is achieved using a travelling wave method to formulate one-soliton solution and the finite difference method to the numerical dolutions and the interactions between the solitons for the generalized nonlinear Schrodinger equations. The characteristic behavior of the nonlinear-ity admitted in the system has been investigated and the soliton state of the system in the limit of $\alpha\;\longrightarrow\;0$ and $\alpha\;\longrightarrow\;\infty$ has been studied. The results presented show that soliton phenomena are character-istics associated with the nonlinearities of the dynamical systems.
The time simulation of motion responses of dolphin-moored BMP in waves is presented. The equation of motion based on Cummin's theory of impulse responses are employed, and solved in time domain by using the Newmark $\beta$ method. The hydrodynamic coefficient and first order wave exciting forces involved in the equations are obtained from a three-dimensional panel method in the frequency domain. The second order wave drift forces and mooring for dolphin system are taken into account. As for numerical example, time domain analysis are carried out for a BMP in irregular wave condition.
Proceedings of the Korea Committee for Ocean Resources and Engineering Conference
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2000.10a
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pp.57-62
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2000
The very large flcating structure which am be used for as airport may be as large as several kilomet wide. The first order wave forces as well as wave drift forces are very important forces on such a very large floating In the present studv, the time simulation of motion responses with dolphin-moored VLFS in waves is presented The coeffcients and wave forces involved in the equations are obtained from a three-dimensionul panel method in the frequc The horizontal drift forces and mooring forces for dolphin systems are taken into account. As for numerical example, analyses are carried out for a VLFS in irregular wave condition
Proceedings of the Korea Committee for Ocean Resources and Engineering Conference
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2002.10a
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pp.161-166
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2002
As offshore oil fields move towards the deep ocean, the oil production systems such as FPSO are being built these days. Generally, the FPSO is moored by turret mooring lines to keep the position of FPSO. Thus nonlinear motion analysis of moored FPSO must be carried out in the initial design stage because sea environments affect motion of it. In this paper the mathematical model is based on the slow motion maneuvering equations in the horizontal plane considering wave, current and wind forces. The direct integration method is employed to estimate wave loads. The current forces are calculated by using mathematical model of MMG. The turret mooring forces are quasi-statically evaluated by using the catenary equation. The coefficients of a model for wind forces are calculated from Isherwood's experimental data and the variation of wind speed is estimated by wind spectrum according to the guidelines of API-RP2A. The nonlinear motions of FPSO are simulated under external forces due to wave, current, wind including mooring forces in time domain.
Experimental and numerical investigations were conducted to study the performance of a surface-fixed horizontal porous wave barrier in regular waves. The characteristics of the reflection and transmission coefficients, energy dissipation, and vertical wave force were examined versus different porosities of the barrier. Numerical simulations based on 3D Reynolds Averaged Navier-Stokes equations with standard low-Re k-ε turbulent closure and volume of fluid approach were accomplished and compared with the experimental results conducted in a 2D wave tank. Experimental measurements and numerical simulations were shown to be in satisfactory agreement. The qualitative wave behavior propagating over a horizontal porous barrier such as wave run-up, wave breaking, air entrapment, jet flow, and vortex generation was reproduced by CFD computation. Through the discrete harmonic decomposition of the vertical wave force on a wave barrier, the nonlinear characteristics were revealed quantitatively. It was concluded that the surface-fixed horizontal barrier is more effective in dissipating wave energy in the short wave period region and more energy conversion was observed from the first harmonic to higher harmonics with the increase of porosity. The present numerical approach will provide a predictive tool for an accurate and efficient design of the surface-fixed horizontal porous wave barrier.
The performance of a rig tie-down system on a TLP (Tension Leg Platform) is investigated for 10-year, 100-year, and 1000-year hurricane environments. The inertia loading on the derrick is obtained from the three-hour time histories of the platform motions and accelerations, and the dynamic wind forces as well as the time-dependent heel-induced gravitational forces are also applied. Then, the connection loads between the derrick and its substructure as well as the substructure and deck are obtained to assess the safety of the tie-down system. Both linear and nonlinear inertia loads on the derrick are included. The resultant external forces are subsequently used to calculate the loads on the tie-down clamps at every time step with the assumption of rigid derrick. The exact dynamic equations including nonlinear terms are used with all the linear and second-order wave forces considering that some dynamic contributions, such as rotational inertia, centripetal forces, and the nonlinear excitations, have not been accounted for in the conventional engineering practices. From the numerical simulations, it is seen that the contributions of the second-order sum-frequency (or springing) accelerations can be appreciable in certain hurricane conditions. Finally, the maximum reaction loads on the clamps are obtained and used to check the possibility of slip, shear, and tensile failure of the tie-down system for any given environment.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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