5. M. Green, J. Schwarz, and E. Witten, Superstring theory, Cambridge Univ. Press, 1987. 6. J. Isenberg, P. Yasskin, and P. Green, Non-self-dual gauge fields, Phys. Lett. 78B (1978), 462-464. 7. B. Kostant, Graded manifolds, graded Lie theory, and prequantization, Differential Geometric Methods in Mathematicas Physics, Lecture Notes in Math., vol. 570, SpringerVerlag, Berlin and New York, 1977. 8. C. LeBrun, Thickenings and gauge fields, Class. Quantum Grav. 3 (1986), 1039-1059. 9. , Thickenings and conformai gravity, preprint, 1989. 10. C. LeBrun and M. Rothstein, Moduli of super Riemann surfaces, Commun. Math. Phys. 117(1988), 159-176. 11. Y. Manin, Critical dimensions of string theories and the dualizing sheaf on the moduli space of (super) curves, Funct. Anal. Appl. 20 (1987), 244-245. 12. R. Penrose and W. Rindler, Spinors and space-time, V.2, spinor and twistor methods in space-time geometry, Cambridge Univ. Press, 1986. 13. R. Ward, On self-dual gauge fields, Phys. Lett. 61A (1977), 81-82. 14. E. Witten, An interpretation of classical Yang-Mills theory, Phys. Lett. 77NB (1978), 394-398. 15. , Twistor-like transform in ten dimensions, Nucl. Phys. B266 (1986), 245-264. 16. , Physics and geometry, Proc. Internat. Congr. Math., Berkeley, 1986, pp. 267302, Amer. Math. Soc, Providence, R.I., 1987.

Infinite-Dimensional Dynamical Systems in Mechanics and Physics (Roger Temam)

Gegenstand des Buches ist die Dual Weighted Residual method (DWR), ein sehr effizientes numerisches Verfahren zur Behandlung einer großen Klasse von variationell formulierten Differentialgleichungen. Das numerische Verfahren ist adaptiv, d.h. es konstruiert eigenständig eine Folge von Approximationen für eine gegebene Fragestellung. Typische Fragestellungen sind die Bestimmung gewichteter Mittelwerte der Lösung oder ihrer Ableitungen, die Bestimmung von Randintegralen über Lösungskomponenten (relevant z.B. für die Berechnung von strömungsmechanischen Kenngrößen) oder die Bestimmung von Spannungsintensitätsfaktoren (z.B. in der Bruchmechanik). Das Verfahren basiert auf Projektionsmethoden wie z.B. der Finiten Elemente Methode (FEM). Dort wird die Approximationsgüte durch die Wahl der Gitter gesteuert. Der Kern jeder adaptiven FEM ist deshalb die Art, wie die Gitter gewählt werden. Typischerweise geschieht dies in einer adaptiven Schleife, in der in mehreren Durchgängen schrittweise das Gitter verbessert wird, bis eine gewünschte Genauigkeit erreicht ist. Bei der DWR wird in jedem Schleifendurchgang ein lineares Hilfsproblem—das sog. duale Problem, welches von der vorliegenden Fragestellung abhängt—(näherungsweise) gelöst. Weiterhin wird eine Approximation der Differentialgleichung bestimmt. Aus diesen nun vorliegenden Daten wird dann herausdestilliert, wo das Gitter verfeinert werden sollte bzw. vergröbert werden kann, um eine genauere Lösung zu erhalten. Ziel eines adaptiven Algorithmus ist, das gewünschte Ergebnis möglichst effizient zu bestimmen, d.h. mit möglichst geringem Bedarf an Resourcen (Rechenzeit, Speicherbedarf etc.). Mit zahlreichen Beispielen belegt das Buch, daß die DWR dieses Ziel erreicht. Es sei hier besonders hervorgehoben, daß eine Kosten-Nutzen-Betrachtung für die DWR besonders bei nichtlinearen Problemen günstig ausfällt, da die Kosten für die Lösung des linearen Hilfsproblems vergleichbar mit denen eines Newtonschrittes sind und somit nur einen kleinen Teil der Gesamtkosten ausmachen. Das Buch gibt einen sehr guten Überblick über die Technik und die Möglichkeiten der DWR. In einleitenden Kapiteln wird die DWR an gewöhnlichen Differentialgleichungen und dann an einfachen linearen, elliptischen partiellen Differentialgleichungen sehr klar und verständlich vorgeführt. Anschließend wird die DWR in einem abstrakten funktionalanalytischen Rahmen vorgestellt. Der Rest des Buches illustriert auf eindrucksvolle Weise die Leistungsfähigkeit und Breite der Anwendungsfähigkeit des Konzeptes an Hand von Fallbeispielen: Es werden Eigenwertprobleme, Optimierungsaufgaben mit Zwangsbedingungen, die durch eine partielle Differentialgleichung gegeben sind, Strukturmechanikprobleme (lineare Elastizität, Plastizität), Strömungsmechanik (hydrodynamische Stabilitätsanalyse, Berechnung von Strömungskennwerten) behandelt. Auch zeitabhängige Probleme wie die Lösung der Wellengleichung werden mit der DWR erfolgreich bearbeitet. Insgesamt wird klar ersichtlich, daß die DWR eine sehr flexible und vielseitig anwendbare Technik ist. Die ausgewählten numerischen Beispiele, die vor allem aus umfangreichen numerischen Untersuchungen der Gruppe von Rolf Rannacher aus den letzten 10 Jahren ausgewählt wurden, sind sehr illustrativ. Die Erläuterungen zu den Beispielen sind auch deshalb interessant, weil eine Menge zusätzlicher Informationen über die numerische Behandlung des vorliegenden Problems quasi nebenbei einfließen. Das Buch entstand aus einer fortgeschrittenen Spezialvorlesung, die an der ETH Zürich gehalten wurde. Einen Lehrbuchcharakter erhält das Buch dadurch, daß Übungsaufgaben (mit detailierten Lösungen im Anhang) jedes Kapitel abschließen. Die Aufgaben enthal-

Adaptive finite element methods for differential equations.

Numerical simulation of two-dimensional sine-Gordon solitons by differential quadrature method

The Local Point Interpolation Method (LPIM) is a newly developed truly meshless method, based on the idea of Meshless Local Petrov-Galerkin (MLPG) approach. In this paper, a new LPIM formulation is proposed to deal with 4th order boundary-value and initial-value problems for static and dynamic analysis (stability, free vibration and forced vibration) of beams. Local weak forms are developed using weighted residual method locally. In order to introduce the derivatives of the field variable into the interpolation scheme, a technique is proposed to construct polynomial interpolation with Kronecker delta function property, based only on a group of arbitrarily distributed points. Because the shape functions so-obtained possess delta function property, the essential boundary conditions can be implemented with ease as in the conventional Finite Element Method (FEM). The validity and efficiency of the present LPIM formulation are demonstrated through numerical examples of beams under various loads and boundary conditions.

A local point interpolation method (LPIM) for static and dynamic analysis of thin beams

In this paper, we propose a numerical method for the solution of time fractional nonlinear sine-Gordon equation that appears extensively in classical lattice dynamics in the continuum media limit and Klein–Gordon equation which arises in physics. In this method we first approximate the time fractional derivative of the mentioned equations by a scheme of order O ( τ 3 − α ) , 1 α 2 then we will use the Kansa approach to approximate the spatial derivatives. We solve the two-dimensional version of these equations using the method presented in this paper on different domains such as rectangular and non-rectangular domains. Also, we prove the unconditional stability and convergence of the time discrete scheme. We show that convergence order of the time discrete scheme is O ( τ ) . We solve these fractional PDEs on different non-rectangular domains. The aim of this paper is to show that the meshless method based on the radial basis functions and collocation approach is also suitable for the treatment of the nonlinear time fractional PDEs. The results of numerical experiments are compared with analytical solutions to confirm the accuracy and efficiency of the presented scheme.

An implicit RBF meshless approach for solving the time fractional nonlinear sine-Gordon and Klein–Gordon equations

Numerical simulation of two-dimensional sine-Gordon solitons via a local weak meshless technique based on the radial point interpolation method (RPIM)

In this paper, we use a numerical method based on the boundary integral equation (BIE) and an application of the dual reciprocity method (DRM) to solve the second-order one space-dimensional hyperbolic telegraph equation. Also the time stepping scheme is employed to deal with the time derivative. In this study, we have used three different types of radial basis functions (cubic, thin plate spline and linear RBFs), to approximate functions in the dual reciprocity method (DRM). To confirm the accuracy of the new approach and to show the performance of each of the RBFs, several examples are presented. The convergence of the DRBIE method is studied numerically by comparison with the exact solutions of the problems.

https://msvlab.hre.ntou.edu.tw/eabe2009deh.pdf

Solution of the second-order one-dimensional hyperbolic telegraph equation by using the dual reciprocity boundary integral equation (DRBIE) method

In this paper a numerical approach based on the truly meshless methods is proposed to deal with the second-order two-space-dimensional telegraph equation. In the meshless local weak–strong (MLWS) method, our aim is to remove the background quadrature domains for integration as much as possible, and yet to obtain stable and accurate solution. The MLWS method is designed to combine the advantage of local weak and strong forms to avoid their shortcomings. In this method, the local Petrov–Galerkin weak form is applied only to the nodes on the Neumann boundary of the domain of the problem. The meshless collocation method, based on the strong form equation is applied to the interior nodes and the nodes on the Dirichlet boundary. To solve the telegraph equation using the MLWS method, the conventional moving least squares (MLS) approximation is exploited in order to interpolate the solution of the equation. A time stepping scheme is employed to approximate the time derivative. Another solution is also given by the meshless local Petrov-Galerkin (MLPG) method. The validity and efficiency of the two proposed methods are investigated and verified through several examples.

Combination of meshless local weak and strong (MLWS) forms to solve the two dimensional hyperbolic telegraph equation

https://msvlab.hre.ntou.edu.tw/cpc2010.pdf

Application of the dual reciprocity boundary integral equation technique to solve the nonlinear Klein–Gordon equation

We derive a residual-based a posteriori error estimator for the conforming hp-Adaptive Finite Element Method (hp-AFEM) for the steady state Stokes problem describing the slow motion of an incompressible fluid. This error estimator is obtained by extending the idea of a posteriori error estimation for the classical $h$-version of AFEM. We also establish the reliability and efficiency of the error estimator. The proofs are based on the well-known Clement-type interpolation operator introduced in 2005 in the context of the hp-AFEM. Numerical experiments show the performance of an adaptive hp-FEM algorithm using the proposed a posteriori error estimator.

Arezou Ghesmati

Papers

Numerical simulation of two-dimensional sine-Gordon solitons via a local weak meshless technique based on the radial point interpolation method (RPIM)

Solution of the second-order one-dimensional hyperbolic telegraph equation by using the dual reciprocity boundary integral equation (DRBIE) method

Combination of meshless local weak and strong (MLWS) forms to solve the two dimensional hyperbolic telegraph equation

Application of the dual reciprocity boundary integral equation technique to solve the nonlinear Klein–Gordon equation

Residual-based a posteriori error estimation for hp-adaptive finite element methods for the Stokes equations