An essential mathematical structure that demonstrates the nonlinear short-wave movement across the ferromagnetic materials having zero conductivity in an exterior region is known as the fractional stochastic Kraenkel–Manna–Merle system. In this article, we extract abundant wave structure closed-form soliton solutions to the fractional stochastic Kraenkel–Manna–Merle system with some important analyses, such as bifurcation analysis, chaotic behaviors, sensitivity, and modulation instability. This fractional system renders a substantial impact on signal transmission, information systems, control theory, condensed matter physics, dynamics of chemical reactions, optical fiber communication, electromagnetism, image analysis, species coexistence, speech recognition, financial market behavior, etc. The Sardar sub-equation approach was implemented to generate several genuine innovative closed-form soliton solutions. Additionally, phase portraiture of bifurcation analysis, chaotic behaviors, sensitivity, and modulation instability were employed to monitor the qualitative characteristics of the dynamical system. A certain number of the accumulated outcomes were graphed, including singular shape, kink-shaped, soliton-shaped, and dark kink-shaped soliton in terms of 3D and contour plots to better understand the physical mechanisms of fractional system. The results show that the proposed methodology with analysis in comparison with the other methods is very structured, simple, and extremely successful in analyzing the behavior of nonlinear evolution equations in the field of fractional PDEs. Assessments from this study can be utilized to provide theoretical advice for improving the fidelity and efficiency of soliton dissemination.

Abstract This study, highlights the exact optical soliton solutions in the context of optical physics, centering on the intricate Hamiltonian amplitude equation with bifurcation and sensitivity analysis. This equation is pivotal in optics which underpins the understanding of optical manifestations, encompassing solitons, nonlinear consequences, and wave interactions. Applying an analytical expansion approach, we extract diverse optical solutions, having trigonometric, hyperbolic, and rational functions. Next, we utilize concepts from the principle of planar dynamical systems to investigate the bifurcation processes and chaotic behaviors present in this derived system. Additionally, we use the Runge–Kutta scheme to carry out a thorough sensitivity analysis of the dynamical system. It has been verified through this analytical process that small variations in beginning conditions have negligible effects on the stability of the solution using bifurcation analysis. Validation via Mathematica software ensures the accuracy of these findings. Furthermore, we employ dynamic visualizations, such as 2D, 3D, and contour plots, to illustrate various soliton patterns, including kink, multi-kink, single periodic, multi-periodic, singular, and semi-bell-shaped configurations. These visual representations provide a glimpse into the fascinating behavior of optical phenomena. The solutions obtained via this proposed method showcase its efficacy, dependability, and simplicity in comparison to various alternative approaches.

The time-fractional coupled Drinfel’d–Sokolov–Wilson (DSW) equation is pivotal in soliton theory, especially for water wave mechanics. Its precise description of soliton phenomena in dispersive water waves makes it widely applicable in fluid dynamics and related fields like tsunami prediction, mathematical physics, and plasma physics. In this study, we present novel soliton solutions for the DSW equation, which significantly enhance the accuracy of describing soliton phenomena. To achieve these results, we employed two distinct methods to derive the solutions: the Sardar subequation method, which works with one variable, and the Ω′Ω, 1Ω method which utilizes two variables. These approaches supply significant improvements in efficiency, accuracy, and the ability to explore a broader spectrum of soliton solutions compared to traditional computational methods. By using these techniques, we construct a wide range of wave structures, including rational, trigonometric, and hyperbolic functions. Rigorous validation with Mathematica software 13.1 ensures precision, while dynamic visual representations illustrate soliton solutions with diverse patterns such as dark solitons, multiple dark solitons, singular solitons, multiple singular solitons, kink solitons, bright solitons, and bell-shaped patterns. These findings highlight the effectiveness of these methods in discovering new soliton solutions and supplying deeper insights into the DSW model’s behavior. The novel soliton solutions obtained in this study significantly enhance our understanding of the DSW equation’s underlying dynamics and offer potential applications across various scientific fields.

Solitary waves, inherent in nonlinear wave equations, manifest across various physical systems like water waves, optical fibers, and plasma waves. In this study, we present this type of wave solution within the integrable Mikhailov–Novikov–Wang (MNW) equation, an integrable system known for representing localized disturbances that persist without dispersing, retaining their form and coherence over extended distances, thereby playing a pivotal role in understanding nonlinear dynamics and wave phenomena. Beyond this innovative work, we examine the stability and modulation instability of its gained solutions. These new solitary wave solutions have potential applications in telecommunications, spectroscopy, imaging, signal processing, and pulse modeling, as well as in economic systems and markets. To derive these solitary wave solutions, we employ two effective methods: the improved Sardar subequation method and the (℧′/℧, 1/℧) method. Through these methods, we develop a diverse array of waveforms, including hyperbolic, trigonometric, and rational functions. We thoroughly validated our results using Mathematica software to ensure their accuracy. Vigorous graphical representations showcase a variety of soliton patterns, including dark, singular, kink, anti-kink, and hyperbolic-shaped patterns. These findings highlight the effectiveness of these methods in showing novel solutions. The utilization of these methods significantly contributes to the derivation of novel soliton solutions for the MNW equation, holding promise for diverse applications throughout different scientific domains.

In this research, we discussed the different chaotic phenomena, sensitivity analysis, and bifurcation analysis of the planer dynamical system by considering the Galilean transformation to the Lonngren wave equation (LWE) and the (2 + 1)-dimensional stochastic Nizhnik–Novikov–Veselov System (SNNVS). These two important equations have huge applications in the fields of modern physics, especially in the electric signal in data communication for LWE and the mechanical signal in a tunnel diode for SNNVS. A different chaotic nature with an additional perturbed term was also highlighted. Concerning the theory of the planer dynamical system, the bifurcation analysis incorporating phase portraits of the dynamical systems of the declared equations was performed. Additionally, a sensitivity analysis was used to monitor the sensitivity of the mentioned equations. Also, we extracted new, abundant solitary wave structures with the graphical phenomena of the mentioned nonlinear mathematical models. By conducting an expansion method on the abovementioned equations, we generated three types of soliton structures, which are rational function, trigonometric function, and hyperbolic function. By simulating the 3D, contour, and 2D graphs of these obtained solitons, we scrutinized the behavior of the waves affecting the nonlinear terms. The figures show that the solitary waves obtained from LWE are efficient in analyzing electromagnetic wave signals in the cable lines, and the solitary waves from SNNVS are essential in any stochastic system like a sound wave. Moreover, by taking some values of the parameters, we found some interesting soliton shapes, such as compaction soliton, singular periodic solution, bell-shaped soliton, anti-kink-shaped soliton, one-sided kink-shaped soliton, and some flat kink-shaped solitons, etc. This article will have a great impact on nonlinear science due to the new solitary wave structures with different complex phenomena, sensitivity analysis, and bifurcation analysis.

Tween-20 plays a significant role in the biological, food, and pharmaceutical industries. Additionally, it plays a vital role in improving the quality of reverse mechanisms of multi-drug resistance. This paper uses artificial neural computing to examine Tween-20 nanoparticles’ behaviors in a base fluid called ethyl acetate to enhance the applications in nanomedicine, drug delivery and biotechnology. The study focuses on the nonlinear model of a viscous fluid at the stagnation point, where mixed convection processes and activation energy are present. The study incorporates slip velocity and melting boundary conditions to examine heat and mass transfer, taking into account thermal and solutal stratification. Various fields of research and technology, specially in industrial engineering that include hydrodynamics, panto-graph systems, and biomedical mathematics, extensively utilize artificial computing. The datasets are based on velocity, temperature, and concentration outlines. The fourth-order Runge-Kutta method is used to generate the datasets. To validate the LMM-ABNNs, we have compared them with a numerical solution, showing a high level of agreement. We utilize the error histogram and mean square error results to validate the performance, scrutinize the training and testing methods, and explore the validity of the approximate answer. Furthermore, the quality characteristics such as skin friction, rate of heat, and mass movement (Nusselt and Sherwood numbers) are statistically analyzed to forecast the model’s durability. This article is the best example of investigating different fluid parameters with the latest artificial neural computing.