The Numerical Investigations of Non-Polynomial Spline for Solving Fractional Differential Equations

We present a crossing approach based on the new construction of non-polynomial spline function to investigate the numerical solution of the fractional differential equations. We find the accuracy of the spline method and to presenting the completion of non-polynomial spline two examples for problems are used. To clarify, we present the numerical computations that can be used to solve difficult problems while the results are found and got to be in good error estimation with comparing exact solutions

An Accurate and Robust Numerical Scheme for Transport Equations

En esta tesis se presenta una nueva técnica de discretización para ecuaciones de transporte en problemas de convección-difusión para el rango completo de números de Péclet. La discretización emplea el flujo exacto de una ecuación de transporte unidimensional en estado estacionario para deducir una ecuación discreta de tres puntos en problemas unidimensionales y cinco puntos en problemas bidimensionales. Con "flujo exacto" se entiende que se puede obtener la solución exacta en función de integrales de algunos parámetros del fluido y flujo, incluso si estos parámetros son vari- ables en un volumen de control. Las cuadraturas de alto orden se utilizan para lograr resultados numéricos cercanos a la precisión de la máquina, incluso con mallas bastas.Como la discretización es esencialmente unidimensional, no está garantizada una solución con precisión de máquina para problemas multidimensionales, incluso en los casos en que las integrales a lo largo de cada coordenada cartesiana tienen una primitiva. En este sentido, la contribución principal de esta tesis consiste en una forma simple y elegante de obtener soluciones en problemas multidimensionales sin dejar de utilizar la formulación unidimensional. Además, si el problema es tal que la solución tiene precisión de máquina en el problema unidimensional a lo largo de las líneas coordenadas, también la tendrá para el dominio multidimensional.In this thesis, we present a novel discretization technique for transport equations in convection-diffusion problems across the whole range of Péclet numbers. The discretization employs the exact flux of a steady-state one-dimensional transport equation to derive a discrete equation with a three-point stencil in one-dimensional problems and a five-point stencil in two-dimensional ones. With "exact flux" it is meant that the exact solution can be obtained as a function of integrals of some fluid and flow parameters, even if these parameters are variable across a control volume. High-order quadratures are used to achieve numerical results close to machine- accuracy even with coarse grids. As the discretization is essentially one-dimensional, getting the machine- accurate solution of multidimensional problems is not guaranteed even in cases where the integrals along each Cartesian coordinate have a primitive. In this regard, the main contribution of this thesis consists in a simple and elegant way of getting solutions in multidimensional problems while still using the one-dimensional formulation. Moreover, if the problem is such that the solution is machine-accurate in the one-dimensional problem along coordinate lines, it will also be for the multidimensional domain.<br /

A Numerical scheme to Solve Boundary Value Problems Involving Singular Perturbation

نستخدم المصفوفات العملياتية لمشتقات وانج-بول متعددة الحدود في هذه الدراسة لحل المعادلات التفاضلية الشاذه المضطربة من الدرجة الثانية (WPSODEs) ذات الشروط الحدية. باستخدام مصفوفة كثيرات حدود وانج-بول، يمكن تحويل مشكلة الاضطراب الرئيسية الشاذ إلى أنظمة معادلات جبرية خطية. كما يمكن الحصول على معاملات الحل التقريبي المطلوبة عن طريق حل نظام المعادلات المذكور. وتم استخدام أسلوب الخطاء المتبقي أيضًا لتحسين الخطأ، كما تمت مقارنة النتائج بالطرق المنشورة في عدد من المقالات العلمية. استُخدِمت العديد من الأمثلة لتوضيح موثوقية وفائدة مصفوفات وانج بول العملياتية. طريقة وانج بول لديها القدرة على تحسين النتائج عن طريق تقليل درجة الخطأ بين الحلول التقريبية والدقيقة. أظهرت سلسلة وانج-بول فائدتها في حل أي نموذج واقعي كمعادلات تفاضلية من الدرجة الأولى أو الثانيةThe Wang-Ball polynomials operational matrices of the derivatives are used in this study to solve singular perturbed second-order differential equations (SPSODEs) with boundary conditions. Using the matrix of Wang-Ball polynomials, the main singular perturbation problem is converted into linear algebraic equation systems. The coefficients of the required approximate solution are obtained from the solution of this system. The residual correction approach was also used to improve an error, and the results were compared to other reported numerical methods. Several examples are used to illustrate both the reliability and usefulness of the Wang-Ball operational matrices. The Wang Ball approach has the ability to improve the outcomes by minimizing the degree of error between approximate and exact solutions. The Wang-Ball series has shown its usefulness in solving any real-life scenario model as first- or second-order differential equations (DEs)

Collocation Spline method for solving Linear and Nonlinear Sixth-Order Boundary-Value Problems

In this paper, spline collocation method is considered for solving two forms of problems. The first form is general linear sixth-order boundary-value problem (BVP), and the second form is nonlinear sixth-order initial value problem (IVP). The existence, uniqueness, error estimation and convergence analysis of purpose methods are investigated. The study shows that proposed spline method with three collocation points can find the spline solutions and their derivatives up to sixth-order of the two BVP and IVP, thus is very effective tools in numerically solving such problems. Several examples are given to verify the reliability and efficiency of the proposed method. Comparisons are made to reconfirm the efficiency and accuracy of the suggested techniques. في هذا العمل تم تقديم طريقة الشريحة التجميعية للحل العددي لنوعين من المسائل. النوع الأول هو مسألة القيمة الحدية في المعادلات التفاضلية الخطية المعممة من المرتبة السادسة و النوع الثاني هو مسألة القيمة الابتدائية في المعادلات التفاضلية غير الخطية المعممة من المرتبة السادسة. تم إثبات أن الطريقة المذكورة عند تطبيقها لمثل هذه المسائل تكون موجودة بشكل وحيد بالإضافة إلى تقدير الأخطاء وتحليل التقارب. تبين الدراسة أن طريقة الشريحة بثلاث نقاط تجميعية تستطيع إيجاد الحلول العددية الشرائحية ومشتقاتها حتى المرتبة السادسة للمسائل الخطية وغير الخطية المطروحة وبالتالي فهي أداة فعالة للحل العددي لمثل هذه المسائل. تم إثبات فعالية وكفاءة الطريقة المقترحة بحل عدد من مسائل الاختبار ومقارنة النتائج التي تم التوصل إليها مع نتائج لطرائق أخرى.

Collocation Spline method for solving Linear and Nonlinear Sixth-Order Boundary-Value Problems

In this paper, spline collocation method is considered for solving two forms of problems. The first form is general linear sixth-order boundary-value problem (BVP), and the second form is nonlinear sixth-order initial value problem (IVP). The existence, uniqueness, error estimation and convergence analysis of purpose methods are investigated. The study shows that proposed spline method with three collocation points can find the spline solutions and their derivatives up to sixth-order of the two BVP and IVP, thus is very effective tools in numerically solving such problems. Several examples are given to verify the reliability and efficiency of the proposed method. Comparisons are made to reconfirm the efficiency and accuracy of the suggested techniques. في هذا العمل تم تقديم طريقة الشريحة التجميعية للحل العددي لنوعين من المسائل. النوع الأول هو مسألة القيمة الحدية في المعادلات التفاضلية الخطية المعممة من المرتبة السادسة و النوع الثاني هو مسألة القيمة الابتدائية في المعادلات التفاضلية غير الخطية المعممة من المرتبة السادسة. تم إثبات أن الطريقة المذكورة عند تطبيقها لمثل هذه المسائل تكون موجودة بشكل وحيد بالإضافة إلى تقدير الأخطاء وتحليل التقارب. تبين الدراسة أن طريقة الشريحة بثلاث نقاط تجميعية تستطيع إيجاد الحلول العددية الشرائحية ومشتقاتها حتى المرتبة السادسة للمسائل الخطية وغير الخطية المطروحة وبالتالي فهي أداة فعالة للحل العددي لمثل هذه المسائل. تم إثبات فعالية وكفاءة الطريقة المقترحة بحل عدد من مسائل الاختبار ومقارنة النتائج التي تم التوصل إليها مع نتائج لطرائق أخرى.

Integro Cubic B-spline Polynomial for Solving Fractional Differential Problems

في هذا البحث، استخدمنا مكعب &nbsp;b-spline لبناء متعدد حدود تقريبي ليطابق حسابات نقاط التحكم لحل دالةb-spline التكاملي&nbsp; المكعب لحل المعادلات التفاضلية الكسرية لقيم مختلفة.&nbsp; قدمنا امثلة عددية لنوضح مدى قابلية الطريقة&nbsp; ومقارنة النتائج&nbsp; مع الطرق&nbsp; المعروفة الأخرى،&nbsp; كذلك&nbsp; تم تحليل&nbsp;&nbsp; تقارب الطريقة المقدمة&nbsp;In this paper, we use cubic b-spline to construct an approximating polynomial to agree with calculating the control points of the integro cubic b-spline function for solving fractional differential equations for various values, two examples are considered to demonstrate and illustrate the applicability of the method, and to compare the compact results with other known methods, convergence analysis for fractional derivatives of the method is considered

Application of the b-spline collocation method to a geometrically non-linear beam problem

Engineers are researching solutions to resolve many of today\u27s technical challenges. Numerical techniques are used to solve the mathematical models that arise in engineering problems. A numerical technique that is increasingly being used to solve mathematical models in engineering research is called the B-spline Collocation Method. The B-spline Collocation Method has a few distinct advantages over the Finite Element and Finite Difference Methods. The main advantage is that the B-spline Collocation Method efficiently provides a piecewise-continuous, closed form solution. Another advantage is that the B-spline Collocation Method procedure is very simple and easy to apply to many problems involving partial differential equations. The current research involves developing, and extensively documenting, a comprehensive, step-by-step procedure for applying the B-spline Collocation Method to the solution of Boundary Value problems. In addition, the current research involves applying the B-spline Collocation Method to solve the mathematical model that arises in the deflection of a geometrically nonlinear, cantilevered beam. The solution is then compared to a known solution found in the literature