摩擦约束广义变分不等原理的临界变分现象及分析

对于具有摩擦约束的弹塑性接触问题,由于边界接触面上的摩擦力由不等式表示,导致得到包含摩擦约束的广义变分原理为广义变分不等原理.广义变分不等原理通过将摩擦力纳入问题的能量泛涵,可避免考虑摩擦力变化的具体过程,便于数值方法如有限元等在弹性接触问题上的应用.但是,通过对广义变分不等原理的研究,发现在弹性力学广义变分不等原理中,势能型和余能型广义变分不等原理,均存在临界变分现象,即变分时拉格朗日乘子为零,变分失败;或者得到的能量泛函变分后得不到问题的欧拉方程.在对弹性力学广义变分不等原理临界变分现象进行分析后,提出了避免发生临界变分现象的方法.实际应用证明了方法的有效性.通过避免临界变分现象的发生,可以保证拉格朗日乘子方法的有效使用.     

刚塑性广义变分不等原理及其在平面应变分析中的应用

首先利用Lagrangian乘子法，从势能角度出发构造了考虑摩擦效应这一能导致变分不等形式的广义能量泛函，把一般的有条件的变分原理化为无条件的变分原理唯一确定，得出了各Lagrangian乘子所代表的物理意义。建立了刚塑性理论中的Coulomb摩擦约束的广义变分不等原理。而后基于退化的摩擦约束广义变分等式原理，对长矩形板镦粗进行了塑性加工工步分析，所得结果与经典上限法结果相吻合。     

塑性全量理论中的控制变量变分原理

控制变量变分原理也称参变量变分原理,其主要特点是在能量泛函中引入了不直接参加变分的控制变量,并要求极值过程始终受状态方程的控制。文[10-16]建立了弹塑性增量理论下的若干控制变量变分原理,使得增量问题有限元解不必迭代且精确度高。本文针对简单加载全量理论问题,建立了相应的控制变量变分原理,使得这一类工程上应用较多的弹塑性理论可以用解参数二次规划的方法求解,不再依靠传统迭代途经。全量问题可用解增量问题的程序统一解算,前者只相当于在后者的本构材料库的程序接口里增添新的材料性质而巳。     

接触问题的互补变分原理及非线性互补模型

给出了接触问题的互补虚功原理,互补能量原理及变分不等式等变分提法,并讨论了三类提法的关系。其此建立了有限维非线性互补模型并给出解的存在唯一性定理。文中还阐明了有,无摩擦接触问题之间以及二维和三维有摩擦接触问题之间的本质区别。     

一种新的三维动力接触约束单元

本文应用广义变分原理，利用拉氏乘子法和罚函数法计入接触约束条件修正，建立了分析三维动力接触问题的一般有限元分析的理论模式；推导了处理这类问题的一种新的接触约束单元的接触刚度矩阵；采用增量求解模型解，研编了实施程序３ＤＤＣＦ；处理了方程中的病态问题、碰撞及能量释放条件问题。进行了算例考核，还首次给出了一个三维动力接触问题的算例结果。     

参变量变分原理的提出、发展与应用

参变量变分原理及其参数二次规划算法是由钟万勰院士1985年针对弹性接触边界非线性问题首次提出来的,经过将近40年的不断发展,目前参变量变分原理已经成功应用于各个领域,其中包括弹塑性分析、接触问题、润滑力学、岩土力学、变刚度杆系结构、先进材料性能分析、材料的蠕变与损伤、柔性结构力学和LQ最优控制等各个工程领域。本文首先回顾了参变量变分原理的起源,介绍了参变量变分原理的基本概念,然后以弹塑性分析问题为例,阐明建立参变量变分原理的理论模型以及实现数值参数二次规划求解原理,最后详细回顾了参变量变分原理的基本理论与相应数值算法在各个领域的发展及其工程应用,展示了参变量变分原理在求解各类非线性问题的特色与优势。     

具有损伤耦合效应的弹塑性蠕变问题结构分析的变分原理

本文基于连续介质损伤力学中有效应力的概念,研究弹塑性蠕变问题中的损伤耦合,并应用由最优控制理论基本思想发展起来的参变量变分原理建立起用于弹塑性蠕变损伤问题结构分析的变分原理.文中给出了原理的证明.该原理的物理意义明确,表达式简单且规范,容易为数值手段实现.     

解三维摩擦接触问题的一个二阶锥线性互补法

针对三维摩擦接触问题的求解,给出了一种基于参变量变分原理的二阶锥线性互补法. 首先,基于三维Coulomb摩擦锥在数学表述上属于二阶锥的事实,利用二阶锥规划对偶理论,建立了三维Coulomb摩擦接触条件的参变量二阶锥线性互补模型,它是二维Coulomb摩擦接触条件参变量线性互补模型在三维情形下的自然推广;随后,利用参变量变分原理与有限元方法,建立了求解三维摩擦接触问题的二阶锥线性互补法. 较之于将三维Coulomb摩擦锥进行显式线性化的线性互补法,该方法无需对三维Coulomb摩擦锥进行线性化,因而在保证精度的前提下所解问题的规模要小很多. 最后通过算例展示了该方法的特点.      

耦合热弹性接触问题的变分原理

本文给出了考虑库伦摩擦力的热弹性接触问题的一个变分原理，该变分原理在约束条件Ｐｎ≥０和－μＰｎ≤Ｐｔ≤μＰｎ下，在接触边界上自动给出导热条件及剩余互补条件等。从它出发将接触弹性体离散后可直接进行二次规划求解。文中特地引进了因子β，它计及了接触问题中的热量散失和功率损耗     

一类带单侧约束力学问题的变分方法

力学中许多问题如弹塑性问题，弹塑性接触问题、塑性耦合问题，渗流问题等，其约束条件或者边界形态是无法预知的，只能用一组不等式表示，属于非线性问题，经典的变人原理在求解此类问题时只能采取繁琐的迭代过程。     

弹性理论中的临界变分及消除方法

临界变分现象是拉氏乘子法的固有特性，钱伟长应用高阶拉氏乘子消除了临界变分现象。本文将提出一种新的方法－凑合反推法，这种方法摒充了拉氏乘子法，把拉氏乘子所在的项目一个待定函数Ｆ代替。这样构成的泛函，作者称之为试泛函。而待定函数Ｆ的识别类似于拉氏乘子的识别。通过该法可以方便地构造出各种多变量广义变分原理，并且可以消除临界变分现象。     

On the method of Lagrange multiplier and others

The fundamentals for the correct use of the method of Lagrange multiplier are presented and illustrated by examples. Some misunderstandings of the method are clarified. Equivalent variational principles are defined. It is pointed out that for a given problem of mechanics, there may be many equivalent and unequivalent variational principles. The functional of the so called generalized variational principles of elasticity with more general forms^[16] are linear combinations of the well known functionals given by Reissner and Hu-Washizu.     

CONTACT PROBLEMS AND DUAL VARIATIONAL INEQUALITY OF 2－D ELASTOPLASTIC BEAM THEORY

ＣＯＮＴＡＣＴＰＲＯＢＬＥＭＳＡＮＤＤＵＡＬＶＡＲＩＡＴＩＯＮＡＬＩＮＥＱＵＡＬＩＴＹＯＦ２－ＤＥＬＡＳＴＯＰＬＡＳＴＩＣＢＥＡＭＴＨＥＯＲＹＤａｖｉｄＹａｎｇＧａｏ（高扬）（ＤｅｐａｒｔｍｅｎｔｏｆＭａｔｈｅｍａｔｉｃｓ．ＶｉｒｇｉｎｉａＰｏｌｙｔ...     

Boundary mixed variational inequality in friction problem

IntroductionThestaticffichonProblemdiscussedinthespaperisakindofnonlinearunilateralboundalvaluePIDbleth.Itiswell-knownthatordinarylinearelliphcboundaryvalueProblemoftencormspondstOCertainlinearvariahonalequahon,theexistenceanduniquenessofitssolutioncanbeobtainedbyusingthein-MilgramtheoremorBabuskatheorem.HoweverthisunilateralboundalvallueProblemcormSPOndstoakindof"dxedvariahonalinequality['J.Sinceitcontainsthenonlinearindifferentialfunchonal,theusuallinearizationmethodsareuseless.Thereby…     

关于可变区域问题的变分法以及广义数学规划问题

本文具体研究了定义在可变区域上或可变边界表面上的泛函的一阶、二阶变分问题，得到了与经典变分法相对应的关于可变区域问题的变分法。并用该变分法讨论了具有可变区域的弹性系统的势能原理。另一方面，与传统的数学规划相对应，研究了可变区域上泛函的约束极值问题——广义数学规划问题，给出了相应的广义Ｋｕｈｎ－Ｔｕｃｋｅｒ条件。     

A regularization method for a boundary variational inequality of the second kind associated to a friction problem

A scalar contact problem with friction is formulated as a boundary variational inequality of the second kind. The presence of the non-differentiable friction functional causes difficulties when approximating it. We present two approaches to overcome these difficulties: A regularization procedure leading to a non-linear boundary variational equation, for which we propose an iterative process and the second one is a boundary mixed variational formulation involving Lagrange multiplier. We reformulate our problem in terms of a saddle point problem for the corresponding boundary Lagrangian and describe Uzawa's algorithm to compute it.     

一类Signorini问题的边界变分不等式

本文讨论了一类简化的Signorini问题。首先将原问题和一个边值问题建立联系，其次将原问题的解分解为不带不等边界条件的变分方程的解和一个变分不等式的解。然后利用边值问题的边界积分方程将变分不等式等价地化解为边界变分不等式。这样原求区域上的第一类椭圆变分不等式问题化解为求一个区域上的变分方程和一个边界变分不等式。最后说明了边界变分不等式解的存在唯一性。文末计算了柱面和半无限刚性基础的摩擦接触问题。结论表明文中方法具有较好的精度。     

大变形中摩擦接触问题的数值模拟及应用

大变形的摩擦接触是复杂的非线性问题 ,本文介绍了一种处理摩擦接触问题的数值方法。采用接触单元技术模拟接触界面 ,基于弹塑性理论形式的非经典Coulomb摩擦定律及罚函数方法建立了摩擦接触的增量本构关系。结合大变形的增量分析格式给出了积分摩擦接触本构方程的回映方法。这种处理摩擦接触问题的方法计算简单、使用方便。给出的计算实例及应用实例说明了方法的精度与稳定性