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。     

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.      

正交各向异性摩擦接触分析的一个二阶锥线性互补法

建立了用于各向异性摩擦接触分析的一个新型互补模型:二阶锥线性互补模型.通过与弹塑性力学的类比,并引入"线性二阶锥互补"的概念,将正交各向异性摩擦接触定律表达为一个二阶锥线性互补模型.在此基础上,在参变量变分原理的框架下,建立了正交各向异性摩擦接触问题的有限元列式.由于避免了对摩擦锥的显式线性化,使得该文模型的变量个数较线性互补模型小很多,而解的精度又高很多.文末通过算例,说明了方法对于正交各向异性摩擦接触分析的有效性.     

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。     

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     

非线性问题严格互补极点－鞍点定理

本文给出两个具有新的非线性型式问题的严格互补极点－鞍点定理，同时论述了建议的二次变分－凸分析方法的一般性和有效性。其一是旋转叶轮问题，通过引进周期性自由面变量，揭示了隐含的一类对偶变分原理，从而给出了可能存在的全部互补原理。其二是带转动变量的非Ｋ－Ｌ壳体，具有超出常规的几何非线性性质，目前只知道使用这里的方法可以建立互补原理。     

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.      

工程力学中的互补问题:模型

对互补问题在非线性力学中的一些应用情况给出了较概括的介绍，重点放在了静态接触问题、弹塑性问题以及结构优化问题的互补模型上。将力学问题写成互补模型的好处主要有两点：一是使力学问题有更自然、更精确的数学描述；二是可以考虑用互补问题的有效和强健的数值算法来求解。     

摩擦约束塑性力学变分不等原理的半反推法

带摩擦约束的弹塑性接触问题,由于摩擦约束条件是一种判别性的条件,它的变分问题的逆问题的研究比较困难。本文对弹塑性接触力学中的变分不等问题的逆问题进行了研究,改进了半反推法并将其应用到弹塑性变分不等原理的研究中,导出了摩擦约束弹塑性增量广义变分不等原理中的能量泛函,消除了用拉氏乘子法可能产生的临界变分现象,在证明中,巧妙地处理了增量表示的接触摩擦边界条件,避免了使用非线性泛函分析和凸分析,简化了证明。     

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。     

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。     

接触问题的非线性互补－接触柔度法

基于势能互补原理，不引入额外松弛变量，对库仑摩擦定律未做预先线性化近似，提出了三维弹性摩擦接触问题的非线性互补－接触柔度法，收敛性和收敛速率得到了严格理论保证。数值实验结果表明方法可靠、有效、低存储量、高精度     

非线性问题严格互补极点－鞍点定理

本文给出两个具有新的非线性型式问题的严格互补极点－鞍点定理，同时论述了建议的二次变分－凸分析方法的一般性和有效性。其一是旋转叶轮问题，通过引进周期性自由面变量，揭示了隐含的一类对偶变分原理，从而给出了可能存在的全部互补原理。其二是带转动变量的非Ｋ－Ｌ壳体，具有超出常规的几何非线性性质，目前只知道使用这里的方法可以建立互补原理。     

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.     

接触问题的非线性互补—接触柔度法

基于势能互补原理，不引入额外松弛变量，对库仑摩擦定律未做预先性化近似，提出了三维弹性摩擦接触问题的非线性互补－接触柔度法，收敛性和收敛速率得到了严格理论保证。数值实验结果表明方法可靠，有效，低存储量，高精度。     

基于互补理论和扩展有限元法的摩擦接触裂纹应力强度因子计算

从虚功方程出发,结合扩展有限元离散技术与接触条件的非线性互补表述,建立了摩擦接触裂纹问题的扩展有限元非线性互补模型,将不等式接触条件转化为非线性互补类的非光滑方程组,并采用基于广义导数的非光滑阻尼牛顿法求解方程组,无需引入任何额外人工变量以及迭代求解。以含中心倾斜裂纹平板和边裂纹平板为例,运用相互作用积分法计算摩擦接触裂纹的应力强度因子,将其结果与理论解进行对比分析,该方法都能给出精确的计算结果;基于扩展有限元方法对单轴压缩作用下倾斜裂纹扩展过程进行了数值模拟,计算结果表明,受压裂纹数值结果与实验结果比较吻合,从而验证了本文方法的有效性与正确性。     

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。     

接触分析的光滑模型及迭代算法

利用变分不等式和基于信息熵的凝聚函数把有摩擦接触问题模型化为一个标准的凸二次规划问题,极大地简化了这一复杂的问题,同时引入摩擦方向约束并构造了以无摩擦解为初值的迭代算法,在较摩擦系数时计算也能保证收敛,算例表明算法高效可靠。     

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。     

弹性接触问题的变分原理及参数二次规划求解

本文给出了平面与空间接触问题的带参变量的变分极值原理。接触是考虑库伦摩擦的。参变量二次规划可以用于精确求解,并且通过数例说明了计算方法。