摩擦接触问题的数学规划解法

采用Ｋｌａｒｂｒｉｎｇ等［１］提出的广义摩擦定律，将摩擦接触问题化成一涉及导数的（混合型）参数线性互补问题，并根据Ｋａｎｅｋｏ［２］方法推广得到求解这类问题的算法。典型例题的计算说明该法简单可行。     

多体系统中深沟球轴承旋转铰内接触分析

将传统方法用于铰内接触分析时,需要通过物体的相对运动细节判断接触位置. 但实际机械系统中的铰,其内部缝隙非常小以至于几乎与计算误差的数量级相同. 在这种情况下,传统方法中的数值病态非常严重,难以得到合理的结果. 结合深沟球轴承旋转铰的构造细节,分析了钢球与轨道接触时运动学描述参数之间的关系、钢球在有效承载时的受力特征以及铰内接触形式的特点. 在此基础上,提出了一种确定多体系统中深沟球轴承旋转铰内接触力和接触位置的方法. 所提方法不需要解除铰的运动学约束,也不必求解非线性互补方程,因此在数值稳定性和计算效率方面具有优势. 数值算例验证了该方法的可行性.     

三维摩擦接触问题的增量线性互补方法

借助罚因子建立了三维摩擦接触本构模型,接触条件被表示为类似于非关联流动的弹塑性本构关系的形式。采用增量描述,对Coulomb摩擦定律采用Taylor展开作线性近似,导出了接触问题的互补虚功方程,然后基于有限元离散建立了三维摩擦接触问题的增量线性互补方法。数值算例表明了本文方法的有效性。     

含摩擦与碰撞平面多刚体系统动力学线性互补算法

基于接触力学理论和线性互补问题的算法, 给出了一种含接触、碰撞以及库伦干摩擦, 同时具有理想定常约束(铰链约束) 和非定常约束(驱动约束) 的平面多刚体系统动力学的建模与数值计算方法. 将系统中的每个物体视为刚体, 但考虑物体接触点的局部变形, 将物体间的法向接触力表示成嵌入量与嵌入速度的非线性函数,其切向摩擦力采用库伦干摩擦模型. 利用摩擦余量和接触点的切向加速度等概念, 给出了摩擦定律的互补关系式; 并利用事件驱动法, 将接触点的黏滞-滑移状态切换的判断及黏滞状态下摩擦力的计算问题转化成线性互补问题的求解. 利用第一类拉格朗日方程和鲍姆加藤约束稳定化方法建立了系统的动力学方程, 由此可降低约束的漂移, 并可求解该系统的运动、法向接触力和切向摩擦力, 还可以求解理想铰链约束力和驱动约束力. 最后以一个类似夯机的平面多刚体系统为例, 分析了其动力学特性, 并说明了相关算法的有效性.     

基于虚功原理的弹性接触问题的线性互补方法

在将接触条件表为具有惩罚因子的线性互补形式后,本文详细推导了适用于弹性接触问题的虚功方程,在此基础上,结合有限元离散技术,简捷地导出了一种求解有摩擦弹性接触问题的线性互补方法;这种方法不必迭代,在无卸载时,只要一个增量步即可求得解答,计算效率较高,文末通过实例,说明了方法的正确性及有效性。     

正交各向异性弹塑性摩擦接触问题的数值求解

采用正交各向异性摩擦定律对三维弹塑性摩擦接触问题进行分析,基于参变量变分原理,经过有限元离散,将问题化为线性互补问题模型,之后给出一个求解互补问题的非内点光滑化算法.对三维接触问题,滑动方向的确定一直是个难点,为此,该文采用作者提出的组合规划法和迭代法对各向异性摩擦本构模型进行分析,数值结果说明了模型与算法的正确性.     

有限变形粘弹性接触的数学规划方法

研究有限变形粘弹性物体间的接触问题，同时考虑了刚体位移和摩擦等因素，导得该问题数学规划解法的标准形式，极易利用现有算法求解。     

多体系统接触碰撞问题的牛顿-欧拉线性互补方法

基于非光滑动力学方法的多体系统接触碰撞分析是目前多体系统动力学的研究热点.本文采用牛顿-欧拉方法建立多体系统接触、碰撞问题的动力学模型,给出一种牛顿-欧拉型线性互补公式.该建模方法与目前一般采用的拉格朗日建模方法的不同之处是约束条件中除了库仑摩擦、单边约束之外还含有光滑等式约束.在建立系统动力学模型时,首先解除摩擦约束和单边约束得到原系统对应的基本系统.牛顿-欧拉方法采用最大数目坐标建立基本系统的动力学方程,由于坐标不相互独立,因此基本系统中带有等式约束,其数学模型为一组微分代数方程.借助约束雅可比矩阵,在基本系统微分代数方程中添加摩擦接触和单边约束对应的拉氏乘子,就可以得到系统全局运动的具有变拓扑结构特征的动力学方程,再结合非光滑约束互补条件便可构成完备的系统动力学模型.完备的动力学模型由动力学微分方程以及等式约束和不等式约束组成.线性互补公式采用分块矩阵形式进行推导,简化了推导过程.数值计算采用基于线性互补的时间步进算法.时间步进算法是目前流行的非光滑数值算法,其突出特点是可以免去数值积分中繁琐的事件检测过程,而数值积分过程中通过对线性互补问题的求解可以确定系统的触-离状态.通过对典型的曲柄滑块间隙机构进行数值分析,验证本文方法的有效性.     

平面滑移铰内发生自激振动的充分条件

自激振动是含摩擦机械系统最严重也最具破坏性的运动形式. 目前, 通常以增加润滑的方式 尽可能减少自激振动. 本文以平面滑移铰为研究对象, 假设铰连接的物体为刚体, 并且认为 铰内的间隙为小量, 推导了平面滑移铰内产生不符合物理事实解的条件. 这可看作是导致系 统产生自激振动的一种诱因. 该条件适用于任何含平面滑移铰的机械系统.     

多体无摩擦弹性接触问题的罚有限元法

一、引言弹性接触问题属于局部非线性问题,这是由于系统的接触状态不能事先确定而引起的。一般用有限元法进行求解时,首先要假定接触区域,然后根据接触定解条件来建立系统的刚度方程,由此可解出各节点的位移分量并计算出各接触节点的法向力     

F0RMULATION OF BOUNDARY ELEMENT-LINEAR COMPLEMENTARY EQUATION FOR THE FRICTIONAL ELASTIC CONTACT PROBLEMS

Boundary element-linear complementary equations are formulated to solve elasticcontact problems with Coulomb frictions.It is also a new attempt to solve free boundaryproblems in solid mechanics by means of boundary element-mathematical programmingtechniques.     

任意多孔多裂纹板的裂纹闭合接触分析

基于摩擦接触问题的数学规划解法，采用各向异性体平面弹性理论中的复势方法，建立了含多椭圆孔及裂纹群有限大各向异性板，在任意载荷作用下裂纹闭合或局部闭合问题的有效分析方法。通过在可能闭合的裂纹边界引入互补变量函数并将其展成Fourier级数形式，以Faber级数为工具，应用保角映射技术和最小二乘边界配点法，导出无卸载情况下裂纹面摩擦接触的线性互补模型，并通过算例验证了方法的有效性。数值结果表明，由于采用级数解描述板应力场和位移场，该方法具有较高的计算精度和效率，便于研究裂纹闭合对应力强度因子等断裂参数的影响。     

Existence results for unilateral contact problem with friction of thermo-electro-elasticity

This work studies a mathematical model describing the static process of contact between a piezoelectric body and a thermally-electrically conductive foundation. The behavior of the material is modeled with a thermo-electro-elastic constitutive law. The contact is described by Signorini's conditions and Tresca's friction law including the electrical and thermal conductivity conditions. A variational formulation of the model in the form of a coupled system for displacements, electric potential, and temperature is de- rived. Existence and uniqueness of the solution are proved using the results of variational inequalities and a fixed point theorem.     

Impact dynamics of multibody systems with frictional contact using joint coordinates and canonical equations of motion

This paper presents a methodology in computational dynamics for the analysis of mechanical systems that undergo intermittent motion. A canonical form of the equations of motion is derived with a minimal set of coordinates. These equations are used in a procedure for balancing the momenta of the system over the period of impact, calculating the jump in the body momentum, velocity discontinuities and rebounds. The effect of dry friction is discussed and a contact law is proposed. The present formulation is extended to open and closed-loop mechanical systems where the jumps in the constraints' momenta are also solved. The application of this methodology is illustrated with the study of impact of open-loop and closed-loop examples.     

固体火箭发动机滚动球窝喷管弹塑性摩擦接触承载性能分析

固体火箭发动机滚动球窝喷管的弹塑性摩擦接触承载性能,属于复杂结构在复杂载荷作用下的弹塑性摩擦接触问题,它直接决定着系统的结构设计和功能发挥。为保证系统在承受极端工作载荷时,喷管不产生大的轴向位移,阴球、阳球与滚动体间具有一定的接触强度,同时不产生过量的塑性变形,设计阶段,基于计算精度高的三维摩擦接触问题的Lagrange乘子法,解决了与弹塑性耦合的算法问题;在滚动体运动分析及摩擦测试的基础上,模拟系统冷试车冲压试验,充分考虑材料表面强化层,建立了各构件间的弹塑性摩擦接触模型。有限元计算结果及冷试车分解试验、系统作动力矩测试试验结果表明,系统弹塑性摩擦接触承载性能满足结构设计要求,有限元建模及计算结果正确。     

非光滑方程组方法在求解非匹配网格接触问题中的应用

将非光滑方程组方法与Mortar StS接触模型(Mortar Segment-to-Segment)相结合,来求解接触面网格非匹配时的弹性接触问题.其中,非光滑方程组方法是求解弹性摩擦接触问题的有效方法,具有精确满足接触条件、迭代算法收敛性有理论保证的优点,但目前仅用于求解网格匹配的接触问题.Mortar StS接触模型可以较为方便地处理网格非匹配接触问题,其特点是不引入过多约束,满足接触分片检验条件,但目前大都采用“试验-误差”迭代方法求解控制方程,对于复杂接触问题,其收敛性不易保证.因此,将二者结合来处理网格非匹配接触问题,既可以提高求解精度,又能使得算法的收敛性得到理论保证.数值算例对接触分片检验和算法的计算精度进行了验证.     

摩擦接触问题数学规划法的收敛性和算法的改进

对摩擦接触问题的数学规划法进行了收敛性分析，并对算法提出一种改进，对“较小”摩擦系数问题改进算法严格保证收敛。在“较大”摩擦系数情形，问题提法本身有可能发生解不唯一和不存在现象。     

Thermoelastic contact problem of two rotating bodies with frictional heat generation in annular region

Summary An axisymmetric contact problem with frictional heating is considered in which a parabolic annular punch is pressed into a plane surface and rotates about its axis of symmetry at constant speed. The problem is formulated in terms of one governing equation with unknown pressure. This equation is solved numerically. The change of the geometry of the contact region and pressure has been investigated. Received 21 May 1997; accepted for publication 23 June 1997     

不同轮轨接触模型在车桥耦合振动中的比较

以工程实例为研究对象,建立了整车-整桥系统耦合振动数值分析模型。考虑车轮的跳轨和挤密情况,建立了单边弹簧-阻尼系统弹性轮轨接触模型。采用基于多体系统动力学和有限元法结合的联合仿真技术,计算了两种轮轨接触时动车组列车以不同车速通过大跨度连续桥梁的耦合振动响应。数值计算结果表明:两种轮轨接触模型的桥梁动力响应比较接近;列车的横向轮轨力、轮重减载率和脱轨系数相差较大,当速度为350km/h时,横向轮轨力增大了46.5%,轮重减载率增大了130.8%,脱轨系数增大了24.66%;用单边-弹簧阻尼系统弹性轮轨接触模型更符合实际。