Mathematical Programming Solution for the Frictional Contact Multipole BEM

IntroductionElastic friction contact problems require accuratetracking of the movement of objects before and aftercontact and the interaction during contacts and correctsimulation of the frictional behavior between the con-tact surfaces. The boundary element method (BEM)[1,2]is well suited to accurately describe the variation of thefrictional contact conditions since the highly nonlineareffects only occur on the contact surface. For nonlinear frictional contact, various approacheshave been …     

Multipole BEM for 3-D Elasto-Plastic Contact with Friction

The analysis of 3-D elasto-plastic contact with friction is a highly nonlinear problem. The elements in the contact and plastic zones should be refined to obtain accurate information about the real size,displacement, and traction in the contact zone. However, the increase in the number of degrees of freedom is limited when traditional boundary element method (BEM) is used with the larger memory size and long CPU time required for the solution procedure. This paper describes the additional mathematical friction model to the 3-D elastic multipole BEM to develop a 3-D elasto-plastic contact multipole BEM. Numerical tests show that with this new method, the needed computer memory size is only 2% of the traditional BEM model with friction, which erases large-scale computing with refined meshes and improves the computational accuracy.     

三维弹塑性摩擦接触多极边界元法

三维弹塑性摩擦接触问题是多重非线性问题，对接触区表面和塑变区的离散，须划分大量单元进行大规模运算才能获得接触位移、面力及应力场的准确信息。传统边界元法由于离散自由度所需内存大，CPU计算时间冗长，完整解题运算规模受到限制。本文在三维弹性多极留数边界元法的基础上，开发研制三维弹性数学规划型摩擦接触多极边界元法及源程序，建立三维弹塑性摩擦接触多极边界元法并研制其源程序，更新了课题组开发的原传统的三维弹塑性摩擦接触边界元法。数值试验表明，本法使计算机内存量减少近百倍，从而使细划分单元的大规模运算成为可能，并提高了计算精度。     

圆柱斜齿轮三维弹性变形的边界元法

本文导出了适于用三维边界无法计算圆柱直、斜齿轮啮合时弹性变形的齿廓方程及接触线方程.提出了一种实用的啮合斜齿轮接触区域模型;根据此模型分析了接触区域上的面力分布规律·大中给出了计算实例.计算结果表明本文导出的公式及编制的计算程序是实用可行的.     

有摩擦弹性接触问题的边界元—数学规划法

在将接触边界的边界条件化为线性互补形式后,本文结合边界元技术,给出了一种求解二维有摩擦弹性接触问题的边界元——数学规划法。这种方法推导简便,易于接受,计算时不必进行迭代,在无卸载时,只要一个增量步便可获得所需解答,因而计算量较少。文末通过实例,说明了本文方法的正确性和有效性.     

牙轮钻头滑动轴承接触参数的计算及力学分析

应用边界元法（ＢＥＭ）计算了两种牙轮钻头大滑动轴承的接触参数,讨论了外载荷、配合间隙、材料配对组合等因素对滑动轴承接触力学性质的影响。计算结果表明,小尺寸钻头上载荷的减小值与轴承结构尺寸的减小值不成比例关系,这是小直径钻头寿命短的原因之一。滑动轴承载荷增大时,峰值接触压力的变化幅度比接触区域的变化幅度大,前者又比载荷的变化幅度小,这说明该类接触问题是非线性的。轴承系统的径向间隙越小,相应的峰值接触压力越低;轴承摩擦副材料硬度越低,相应的峰值接触压力越低。     

机械压力机六连杆机构优化设计

使用自主研发的通用优化设计软件系统SiPESC.OPT,基于某型号机械压力机结构参数,构建机械压力机六连杆机构动力学优化模型.采用随机优化算法-梯度优化算法相结合的方法,使用GA、SQP和SLP多种算法组合优化计算.与初始设计相比较,优化后机械压力机的锻冲阶段滑块最大速度、行程速比系数等工作性能指标均有所改善.     

机器人多指手的多目标优化抓取规划

针对有摩擦点接触条件下的多指抓取模型,借鉴人手抓取经验,提出了接触安全裕度概念.通过修正摩擦锥约束条件,建立了具有一定接触安全裕度的非线性内力优化模型,用于求解合适的接触力.为获取最优的抓取位形,将物体位姿参数作为变量,确定接触力与多指手关节力矩的关系,基于多指手关节空间内的转角位置度和相对承载能力性能指标,建立了多指抓取的多目标优化模型.最后,以三指手抓取系统为例进行了分析求解,并利用多目标粒子群优化算法进行物体位姿规划,获取了规划模型的非劣解前沿.结果表明,该方法能在保证安全抓取条件下,有效改善多指抓取的综合性能.     

面向砼密封体磨损寿命的结构优化设计

为解决混凝土泵送过程中砼密封体在混凝土多相流体以及变载荷条件下的使用寿命问题,提出了基于摩擦副接触压强均匀化评价的砼密封体结构形态参数优化设计方法.即在归纳了弹性接触摩擦磨损的一般化物理模型的基础上,分析影响磨损的主要因素.参照实际工况建立砼密封体接触力学模型,并以砼密封体接触压强均匀化为基准建立优化目标评价函数,通过...     

Shakedown Analysis of 3-D Structures Using the Boundary Element Method Based on the Static Theorem

The static shakedown theorem was reformulated for the boundary element method (BEM) rather than the finite element method with Melan‘s theorem, then used to develop a numerical solution procedure for shakedown analysis. The self-equilibrium stress field was constructed by a linear combination of several basis self-equilibrium stress fields with undetermined parameters. These basis self-equilibrium stress fields were expressed as elastic responses of the body to imposed permanent strains obtained using a 3-D BEM elastic-plastic incremental analysis. The lower bound for the shakedown load was obtained from a series of nonlinear mathematical programming problems solved using the Complex method. Numerical examples verified the precision of the present method.     

基于设计灵敏度分析的圆柱壳声辐射优化

采用有限元法计算结构振动,边界元法求解结构振动引起的辐射声场问题.在此基础上提出了圆柱壳结构声辐射优化模型,重点推导了结构振动声辐射灵敏度计算公式.优化模型中,声辐射功率作为目标函数,约束函数中不仅有内部场点平均声压作为声场设计指标,而且包含了质量和自振频率的结构设计指标,圆柱壳的厚度作为设计变量.通过与用差分法计算的...     

考虑接触面局部散热的湿式离合器摩擦片滑摩温升特性

湿式离合器摩擦元件摩擦温升状态与车辆性能息息相关.首先考虑沟槽冷却、接触面局部散热和摩擦因数实时变化,引入了副间等效对流换热系数和等效增益系数,优化了温度场数值模型.通过有限差分法进行求解,并试验验证了有效性,比原模型具有更高的准确性.在滑摩稳定期,应用滑摩温度场优化模型分析了转速、油压对温度场的影响规律.用试验方法研究了润滑流量对滑摩温升特性的影响规律,并测得了变形失效过程的温升特性变化.      

基于机会约束规划的生产全过程实时优化

针对一类生产全过程,提出了基于机会约束规划的动态实时优化策略.基于产品质量优化模型,利用机会约束规划,将实时优化问题中的经济和模型不确定约束以一定的置信水平概率满足,通过求解联合概率约束问题,确定各子过程控制器的最优设定值.通过步进式加热炉炉温设定值优化问题的仿真研究,验证了该方法的有效性和实用性.     

Taylor级数多极边界元法及其在轧制工程中的应用

通过基本解的多极展开与边界元线性方程组的隐式求解方法(GMRES)相结合,开发出了快速多极边界元法。Taylor级数多极边界元法更新了传统边界元法的求解模式,大大提高了计算效率,扩大了边界元法的求解规模。介绍了Taylor级数多极边界元法的发展历史和现状,给出了Taylor级数多极边界元法的基本思想、基本原理和分类,给出了基本解的Taylor展开方法和边界积分的基本实现步骤。将该方法应用于轧制工程中,通过轧辊弹性变形和HC轧机辊系接触和变形的数值解析,说明了Taylor级数多极边界元法适合于大规模轧制工程     

大变位下多体系统摩擦接触问题线性规划求解方法

建立了多体系统中摩擦接触问题的整体控制方程，在大变位情况下将其分解成两个线性互补问题，一般通过两次线性规划求解可完成一次接触问题的求解，大大地减少了接触问题求解的迭代次数和计算量，并且可直接得到系统中接触界面上的接触应力，从而克服了对于多体系统求解接触问题需要多次迭代和难于直接得到接触应力的缺陷．数值算例表明了该方法的合理性和有效性，为大变位下多体系统中接触问题的求解提供了有效的手段．     

A simulation method of combinding boundary element method with generalized Langevin dynamics

A new simulation approach to incorporate hydration force into generalized Langevin dynamics (GLD) is developed in this note. The hydration force determined by the boundary element method (BEM) is taken into account as the mean force terms of solvent including Coulombic interactions with the induced surface charge and the surface pressure of solvent. The exponential model is taken for the friction kernel. A simulation study has been performed on the cyclic undecapeptide cyclosporin A (CPA). The results obtained from the new method (GLDBEM) have been analyzed and compared with that obtained from the molecular dynamics (MD) simulation and the conventional stochastic dynamics (SD) simulation. We have found that the results obtained from GLDBEM show the obvious improvement over the SD simulation technique in the study of molecular structure and dynamic properties.     

金属三维塑性成形过程无网格伽辽金法数值模拟技术

将无网格伽辽金法(EFGM)与三维刚(粘)塑性流动理论相结合,对EFGM在金属三维塑性成形过程数值模拟中的应用技术进行了研究.分别采用边界奇异权法和修正的罚函数法处理速度边界条件和体积不可压缩条件,采用反正切摩擦模型处理摩擦边界条件,推导了金属三维塑性成形过程EFGM法数值模拟的刚度方程,给出了关键算法.对长方体金属镦粗过程进行了数值模拟,并将数值结果与三维刚塑性有限元体积成形商品软件Deform3D计算结果作了比较.发现两者吻合良好,表明了本文方法的正确性和有效性.     

应用边界元法解决接触界面附近带有孔洞的2维移动接触问题

为利用边界元法在解决边界接触这类固有的非线性问题上的优势 ,给出了一种处理 2维移动接触问题的方法。由于在该方法中引入了一种特殊的边界单元 ,使得当接触面移动时接触物体之间的位移协调性和面力平衡条件能够同时得到满足。另外还给出了一种在可能接触边界上可灵活地移动接触边界位置的方法 ,该方法对于处理较大范围内的移动接触问题是有效的     

改进的预测控制算法用于加热炉支管温度控制

加热炉支管温度平衡系统是一个多变量、非线性、强耦合的复杂过程,当应用传统预测控制方法时,控制量的获得需要在线求解一个多变量、多约束的非线性规划问题,传统非线性规划方法求解该类问题时易收敛到非法解或局部极小。针对上述问题提出一种基于差分进化(differential evolution,DE)算法的预测控制,使用DE算法在线求解涉及的优化问题获得控制量。为了验证方法的有效性,对基于DE算法的预测控制器进行了仿真研究。仿真结果表明,所提出的方法有着很好的跟踪性能,并且对干扰有较强的鲁棒性,提高了系统的控制效果。     

偶极子噪声在均匀流管道中传播的声学模型

通过建立对流FW-H方程与薄壁边界元法相结合的混合声学模型,研究偶极子噪声在均匀流管道中的传播与散射问题.计算均匀流中的声源及其在管道中的传播,采用对流FW-H方程确定均匀流中的声波传输,采用计算流体力学方法所得流场数据确定气动噪声源,采用薄壁边界元法计算声波在管壁上产生的散射声压,并将数值计算结果与Tyler-Sofrin管道声学理论方法及声学实验所得结果进行对比.结果表明,对流FW-H方程与薄壁边界元法相结合的声学模型可用于偶极子噪声在均匀流管道中传播特性的预测,并可准确预测风扇偶极子噪声在机匣内的传播.