90 research outputs found

    Fourth SIAM Conference on Applications of Dynamical Systems

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    Supersymmetric Field Theories and Isomonodromic Deformations

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    The topic of this thesis is the recently discovered correspondence between supersymmetric gauge theories, two-dimensional conformal field theories and isomonodromic deformation problems. Its original results are organized in two parts: the first one, based on the papers [1], [2], as well as on some further unpublished results, provides the extension of the correspondence between four-dimensional class S theories and isomonodromic deformation problems to Riemann Surfaces of genus greater than zero. The second part, based on the results of [3], is instead devoted to the study of five-dimensional superconformal field theories, and their relation with q-deformed isomonodromic problems

    A non-linear Reduced Order Methodology applicable to Boiling Water Reactor Stability Analysis

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    Das Stabilitätsverhalten von SWRen ist geprägt durch die thermohydraulische Kopplung zwischen Leistung, Massenstrom, Dichteverteilung und die neutronenphysikalische Rückkopplung. In dieser Arbeit wird erstmalig eine systematische, automatisierte und in sich geschlossene modellordnungsreduzierende Methodik entwickelt, welche allgemein auf verschiedenste dynamische Probleme und im Speziellen auf SWRen anwendbar ist. Dieses Vorgehen ermöglicht umfassende Analysen des nichtlinearen Verhaltens

    On the Approximation of Stable and Unstable Fiber Bundles of (Non) Autonomous ODEs - A Contour Algorithm

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    Hüls T. On the Approximation of Stable and Unstable Fiber Bundles of (Non) Autonomous ODEs - A Contour Algorithm. INTERNATIONAL JOURNAL OF BIFURCATION AND CHAOS. 2016;26(7): 1650118.We propose an algorithm for the approximation of stable and unstable fibers that applies to autonomous as well as to nonautonomous ODEs. The algorithm is based on computing the zero-contour of a specific operator; an idea that was introduced in [Huls, 2016] for discrete time systems. We present precise error estimates for the resulting contour algorithm and demonstrate its efficiency by computing stable and unstable fibers for a (non) autonomous pendulum equation in two space dimensions. Our second example is the famous three-dimensional Lorenz system for which several approximations of the two-dimensional Lorenz manifold are calculated. In both examples, we observe equally well performance for autonomously and nonautonomously chosen parameters

    Effects of Repulsive Coupling in Ensembles of Excitable Elements

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    Die vorliegende Arbeit behandelt die kollektive Dynamik identischer Klasse-I-anregbarer Elemente. Diese können im Rahmen der nichtlinearen Dynamik als Systeme nahe einer Sattel-Knoten-Bifurkation auf einem invarianten Kreis beschrieben werden. Der Fokus der Arbeit liegt auf dem Studium aktiver Rotatoren als Prototypen solcher Elemente. In Teil eins der Arbeit besprechen wir das klassische Modell abstoßend gekoppelter aktiver Rotatoren von Shinomoto und Kuramoto und generalisieren es indem wir höhere Fourier-Moden in der internen Dynamik der Rotatoren berücksichtigen. Wir besprechen außerdem die mathematischen Methoden die wir zur Untersuchung des Aktive-Rotatoren-Modells verwenden. In Teil zwei untersuchen wir Existenz und Stabilität periodischer Zwei-Cluster-Lösungen für generalisierte aktive Rotatoren und beweisen anschließend die Existenz eines Kontinuums periodischer Lösungen für eine Klasse Watanabe-Strogatz-integrabler Systeme zu denen insbesondere das klassische Aktive-Rotatoren-Modell gehört und zeigen dass (i) das Kontinuum eine normal-anziehende invariante Mannigfaltigkeit bildet und (ii) eine der auftretenden periodischen Lösungen Splay-State-Dynamik besitzt. Danach entwickeln wir mit Hilfe der Averaging-Methode eine Störungstheorie für solche Systeme. Mit dieser können wir Rückschlüsse auf die asymptotische Dynamik des generalisierten Aktive-Rotatoren-Modells ziehen. Als Hauptergebnis stellen wir fest dass sowohl periodische Zwei-Cluster-Lösungen als auch Splay States robuste Lösungen für das Aktive-Rotatoren-Modell darstellen. Wir untersuchen außerdem einen "Stabilitätstransfer" zwischen diesen Lösungen durch sogenannte Broken-Symmetry States. In Teil drei untersuchen wir Ensembles gekoppelter Morris-Lecar-Neuronen und stellen fest, dass deren asymptotische Dynamik der der aktiven Rotatoren vergleichbar ist was nahelegt dass die Ergebnisse aus Teil zwei ein qualitatives Bild für solch kompliziertere und realistischere Neuronenmodelle liefern.We study the collective dynamics of class I excitable elements, which can be described within the theory of nonlinear dynamics as systems close to a saddle-node bifurcation on an invariant circle. The focus of the thesis lies on the study of active rotators as a prototype for such elements. In part one of the thesis, we motivate the classic model of repulsively coupled active rotators by Shinomoto and Kuramoto and generalize it by considering higher-order Fourier modes in the on-site dynamics of the rotators. We also discuss the mathematical methods which our work relies on, in particular the concept of Watanabe-Strogatz (WS) integrability which allows to describe systems of identical angular variables in terms of Möbius transformations. In part two, we investigate the existence and stability of periodic two-cluster states for generalized active rotators and prove the existence of a continuum of periodic orbits for a class of WS-integrable systems which includes, in particular, the classic active rotator model. We show that (i) this continuum constitutes a normally attracting invariant manifold and that (ii) one of the solutions yields splay state dynamics. We then develop a perturbation theory for such systems, based on the averaging method. By this approach, we can deduce the asymptotic dynamics of the generalized active rotator model. As a main result, we find that periodic two-cluster states and splay states are robust periodic solutions for systems of identical active rotators. We also investigate a 'transfer of stability' between these solutions by means of so-called broken-symmetry states. In part three, we study ensembles of higher-dimensional class I excitable elements in the form of Morris-Lecar neurons and find the asymptotic dynamics of such systems to be similar to those of active rotators, which suggests that our results from part two yield a suitable qualitative description for more complicated and realistic neural models
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