NUMERICAL COMPARISON OF RUNGE-KUTTA (RK5) AND NEW ITERATIVE METHOD (NIM) FOR SOLVING METASTATIC CANCER MODEL

This paper attempts to present and employ Runge-Kutta Method of fifth-order (RK5) and New Iterative Method for the numerical solution of metastatic cancer model which occur in two compartments of cancer environment. These methods have been proved to be powerful mathematical tools for various phenomena in biomathematics and it is extremely effective for linear and non-linear systems of differential equations. Our numerical experiments illustrate the effect of parameters �!, �" ��� �# on cancer models which are responsible for the spread or reduction of cancer cells through the boundary of an organ tissue. The results obtained are compared with analytical solutions and show that (RK5) and NIM are powerful numerical techniques to solve systems of differential equations. Finally, all computations and algorithms are implemented using MAPLE 18 software version

[Activity of Institute for Computer Applications in Science and Engineering]

This report summarizes research conducted at the Institute for Computer Applications in Science and Engineering in applied mathematics, fluid mechanics, and computer science

ICASE/LaRC Workshop on Benchmark Problems in Computational Aeroacoustics (CAA)

The proceedings of the Benchmark Problems in Computational Aeroacoustics Workshop held at NASA Langley Research Center are the subject of this report. The purpose of the Workshop was to assess the utility of a number of numerical schemes in the context of the unusual requirements of aeroacoustical calculations. The schemes were assessed from the viewpoint of dispersion and dissipation -- issues important to long time integration and long distance propagation in aeroacoustics. Also investigated were the effect of implementation of different boundary conditions. The Workshop included a forum in which practical engineering problems related to computational aeroacoustics were discussed. This discussion took the form of a dialogue between an industrial panel and the workshop participants and was an effort to suggest the direction of evolution of this field in the context of current engineering needs

Mesh adaptation for pseudospectral ultrasound simulations

High-intensity focussed ultrasound (HIFU) is an emerging cancer therapy that holds great promise, as it is minimially invasive, requires no ionising radiation, and can treat small volumes precisely. However, currently therapies are hindered by an inadequate capacity for treatment planning, as the interactions between the sound waves and tissue are complex and difficult to simulate. The Fourier pseudospectral method is one way of efficiently performing these simulations, as it can provide high accuracies with low computational costs. However, it is typically used with uniform computational meshes, wasting resolution in regions of the simulation where only low frequencies are present, and typically under-resolving the acoustic field in the focal region. This thesis addresses this problem in two ways: First, a bandwidth-based measure of the spatial resolution requirements for a model solution is developed and integrated into a moving mesh method. This allows spatially and temporally-varying resolution requirements to be met. Bandwidth-based meshes are shown to perform very well when compared with current mesh adaptation approaches. Second, a technique is presented for discretising arbitrary acoustic source distributions that does not rely on the source's region of support coinciding with the mesh. This not only allows sources to be represented with adaptive meshes, but greatly improves the accuracy of source discretisations for uniform meshes as well. These two contributions are of vital importance in the context of HIFU simulation, and can easily be applied to the many other problems for which the Fourier pseudospectral method is used

The Eigenvalue Problem in Linear Viscoelastic Structures: New Numerical Approaches and the Equivalent Viscous Model

El análisis y el control de las vibraciones cobra especial importancia en muchas ramas de la ingeniería, en especial la ingeniería mecánica, civil, aeronáutica y automovilística. Tal es así que prácticamente se identi¿ca como un área independiente dentro del análisis dinámico de estructuras. Desde los comienzos de esta teoría, las fuerzas disipativas o de amortiguamiento han sido uno de los fenómenos más difíciles de modelizar. El modelo viscoso, por su sencillez y versatilidad ha sido y sigue siendo el gran paradigma de los modelos de amortiguamiento. Sin embargo, como consecuencia de la aparición de materiales con memoria se introdujo el fenómeno de la viscoelasticidad; Esta, si bien está también 'íntimamente ligada ' a la velocidad de la respuesta, necesito de la introducción de las denominadas funciones hereditarias, que permiten poner a las fuerzas disipativas como función no solo de la velocidad instantánea sino de la historia de velocidades desde el comienzo del movimiento, de ahí el termino memoria. De forma natural, el avance teórico introducido en el modelo supone también una complicación computacional, pues donde antes teníamos un sistema lineal de ecuaciones diferenciales ahora tenemos un sistema de ecuaciones integro-diferenciales. El análisis de las vibraciones libres de los sistemas con amortiguamiento viscoelástico conduce a un problema nolineal de autovalores donde la característica principal es una matriz de amortiguamiento que depende de la frecuencia de excitación. El estudio de la solución de autovalores y autovectores de este problema es importante si se desean conocer los modos de vibración de la estructura o si se pretende obtener la respuesta en el dominio de la frecuencia del sistema. El objetivo fundamental de esta Tesis Doctoral es doble: Por un lado, profundizar en el conocimiento del problema de autovalores de sistemas viscoelásticos proponiendo para ello nuevos métodos numéricos de resolución. Por otro, desarrollar un nuevo modelo viscoso que, bajo ciertas condiciones, reproduzca la respuesta del modelo viscoelástico con su¿ciente aproximación. La Tesis se divide en ocho capítulos, de ellos el cuerpo principal se encuentra en los seis centrales (Capítulos 2 a 7. Todos ellos son artículos de investigación que, o bien han sido publicados, o bien están en proceso de revisión en revistas contenidas en el Journal Citation Reports (JCR). Por esta razón, todos los capítulos conservan la estructura intrínseca de un artículo, incluidas una introducción y una bibliografía en cada uno. Los cuatro primeros capítulos (Capítulos 2 a 5) se centran en el estudio del problema no lineal de autovalores. Se proponen dos metodologías de resolución: la primera es un procedimiento iterativo basado en el esquema del punto-¿jo y desarrollado para sistemas proporcionales o ligeramente no-proporcionales (aquellos en los que los modos se presentan desacoplados o casi desacoplados). La segunda metodología (presentada en dos capítulos diferentes), denominada paramétrica, permite obtener soluciones casi-analíticas de los autovalores, tanto para sistemas de un grado de libertad como para sistemas de múltiples grados de libertad y dentro de 'estos, para sistemas proporcionales y no proporcionales. El estudio del problema de autovalores se completa con un capítulo dedicado a los autovalores reales, también denominados autovalores no viscosos. En 'él se demuestra una nueva caracterización maten ática que deben cumplir dichos autovalores y que permite proponer un nuevo concepto: el conjunto no-viscoso. Los dos 'últimos capítulos (Capítulos 6 y 7) analizan el Modelo Viscoso Equivalente como propuesta para la modelización de la respuesta de sistemas viscoelásticos. El análisis se realiza desde el dominio de la frecuencia estudiando la función de transferencia. En una primera etapa (pen último capítulo), de naturaleza más maten ática, se demuestra que la función de transferencia exacta de un modelo viscoelástico se puede expresar como suma de una función de transferencia propia de un modelo viscoso más un término denominado residual, directamente dependiente del nivel de amortiguamiento inducido y del acoplamiento modal (noproporcionalidad de la matriz de amortiguamiento). En una segunda etapa ('ultimo capítulo), se desarrolla una aplicación para estructuras reales formadas por entramados planos de elementos 1D amortiguados con capas de material visco elástico. Este tipo de estructuras ha permitido usar una variante mejorada del método paramétrico para la obtención de los autovalores, de forma que en este 'ultimo capítulo ha servido como nexo de unión de las metodologías más importantes desarrolladas en la Tesis.Lázaro Navarro, M. (2013). The Eigenvalue Problem in Linear Viscoelastic Structures: New Numerical Approaches and the Equivalent Viscous Model [Tesis doctoral no publicada]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/30062TESI

Proceedings of the 3rd Annual Conference on Aerospace Computational Control, volume 1

Conference topics included definition of tool requirements, advanced multibody component representation descriptions, model reduction, parallel computation, real time simulation, control design and analysis software, user interface issues, testing and verification, and applications to spacecraft, robotics, and aircraft

Generalized averaged Gaussian quadrature and applications

A simple numerical method for constructing the optimal generalized averaged Gaussian quadrature formulas will be presented. These formulas exist in many cases in which real positive GaussKronrod formulas do not exist, and can be used as an adequate alternative in order to estimate the error of a Gaussian rule. We also investigate the conditions under which the optimal averaged Gaussian quadrature formulas and their truncated variants are internal