一、ON UNILATERAL CONTACT LARGE DEFORMATION PROBLEM WITH FRICTION(Ⅱ)—NONLINEAR FINITE ELEMENT TECHNIQUE AND ITS APPLICATION（论文文献综述）
安心（ZIUZINA ALEKSANDRA）[1]（2021）在《Engineering Simulation of Knee Orthosis in Ansys Complex and Approbation》文中指出人们很容易受到各种形式的伤害,包括先天性和后天性疾病。膝关节作为人体中最大和最坚固的关节之一,其发病率持续上升,目前全世界约有2.5亿人受到膝关节疾病的影响,主要表现在软骨受损。然而膝关节中的关节软骨上的动态负荷可以通过膝关节外力矩和冲力可靠地预测。因此,可通过设计理想的矫形器以修复、激活和纠正损坏关节,进一步恢复肢体功能。然而,目前市场上的膝关节矫形器存在许多不符合使用的要求,如治疗效率低、舒适性差、无法调节铰链弯曲角度等。因此,本文以改善活动受限群体生活质量为主题,以膝关节矫形器为主要研究对象,建立其有限元数学模型,分析塑料矫形器的临界负荷形变,基于3D打印技术,研究塑料矫形器的制造和成型工艺参数对其强度和刚度的影响,最后提出一种计算机导航操作算法。具体研究内容如下:（1）建立下肢的有限元数学模型。分别扫描膝关节和脚踝弯曲90°和伸直时的肢体位置,创建虚拟样机模型以获取数据,将获取的数据导入软件中进行数学建模,为分析肢体轴向变形时不同材料情况下矫形器塑变的临界载荷提供支撑。（2）分析肢体轴向变形导致塑变的临界载荷。考虑到肢体轴的变形,基于有限元分析方法,在ANSYS中划分网格并施加载荷,进行集中载荷作用分析及应力计算,为评价矫形器质量提供参考。初步计算表明,膝关节矫形器最容易出现问题的区域是其最小细节处。（3）研究塑料矫形器的制造和成型工艺参数对其强度及刚度影响。考虑到每个病人的腿部结构的个体特征以及特征的不同属性,借助于复合材料零件的3D打印技术,从设计制造两个方面入手,通过更换材料和打印参数研究矫形器的制造和成型工艺参数对其强度及刚度影响,发现打印过程中温度波动会导致分层。（4）提出一种计算机导航操作算法。为解决常规导航操作不能满足个性化膝关节矫形器需求和精度的不足,考虑到人体腿部形态各异,提出一种基于腿部形态特征数学模型的应用计算机导航操作技术算法,使得改善病人的治疗效果成为可能。
郑安兴[2]（2015）在《扩展有限元法及其在岩体裂隙扩展模拟中的应用研究》文中研究表明岩体中普遍存在着断层﹑节理和裂隙等结构面,这些结构面的存在和发展对岩体的整体强度﹑变形及稳定性有极大的影响,因此,研究岩体中原生结构面的萌生﹑发展以及贯通演化过程对评估岩体工程安全性和可靠性具有非常重要的理论与现实意义。扩展有限元法（XFEM）作为一种新兴的求解不连续问题的有效数值方法,在模拟岩体裂隙扩展﹑水力劈裂等方面具有的独特优势。本文依托国家自然科学基金项目“降雨条件下岩质边坡变形破坏过程及其预测模型研究”和国家重点基础研究发展计划（973）项目“边坡与坝体-库水相互作用及稳定性演化机制”,深入研究了扩展有限元法的基本理论及其在岩体裂隙扩展模拟中的应用,建立了扩展有限元法求解岩体裂隙摩擦接触与水裂劈裂问题的数值模型,并将计算模型应用于实际工程,研究岩体工程破坏演化过程及其机理。本文的主要工作如下:（1）考虑岩石闭合裂纹壁面间存在的摩擦力对裂纹尖端应力场的影响,应用最大周向应力理论得到压剪复合裂纹的断裂角。在此基础上,依据岩石裂纹尖端双向受力时的破坏特征,结合最大周向应力准则与修正的Griffith强度理论,建立了考虑摩擦效应的闭合裂纹失稳扩展的岩石压剪断裂判据。（2）扩展有限元是在常规有限元框架内求解不连续问题的有效数值计算方法。在实现扩展有限元程序的基础上,探讨了网格密度与积分区域因子对应力强度因子计算精度的影响,并给出了网格密度与积分区域因子的合理取值。通过算例分析得到,裂纹扩展增量对裂纹路径有较大影响,而网格密度对裂纹路径影响不大。将重分析方法引入扩展有限元中,以边裂纹拉伸板为算例,利用该方法可有效减少裂纹扩展的每一个迭代步计算成本,并随着单元数目的增加或扩展增量值的减小,计算成本降低更加明显。（3）建立了摩擦弹性接触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。最后对含裂纹平板进行数值试验,计算结果表明,该方法具备模拟接触面上贴合、滑动和分离状态的能力,计算效率及精度高,且能够快速收敛,从而验证了本文方法的有效性与正确性。（4）在扩展有限元法框架下建立了岩体开裂与裂隙水流相互作用耦合模型,基于考虑裂纹面水压力作用的虚功原理推导出了采用扩展有限元法分析水力劈裂问题的控制方程,给出了裂隙水流与岩体结构开裂相互作用的扩展有限元实现方法。通过半解析半数值方法得到裂纹面水压分布梯度与裂纹张开位移间的耦合关系,这样不仅简化耦合迭代分析,而且提高计算精度。最后通过2个数值算例验证了该方法的有效性,同时展现了扩展有限元法在进行裂隙水力劈裂分析方面具有明显的优势。（5）将XFEM应用于解决危岩主控结构面变形破坏分析﹑重力坝坝基断裂扩展模拟﹑压力隧洞水力劈裂分析与岩质边坡稳定性分析等工程问题。数值计算结果表明:扩展有限元法在不重新划分网格的前提下可以很好地进行开裂过程的模拟,同时能够显式地描述裂隙开裂的轨迹,对高水压作用下的岩体进行水力劈裂模拟,能较好的反映出裂隙水流与岩石开裂之间的相互影响;将矢量和法引入扩展有限元法中,并结合XFEM的接触模型用于节理岩质边坡的稳定性分析,不需要迭代计算,安全系数计算过程简单。
彭磊[3]（2020）在《软体材料三维交互过程中的快速算法研究》文中研究指明近些年来,随着基于物理的仿真技术的快速发展,软体材料的三维交互已被广泛应用于电影、动画、游戏等虚拟领域。软体材料在三维交互过程中包含多种复杂的物理现象,如非光滑界面接触、不定解边界约束、非线性本构、各向同性/各向异性大变形等。若要精确地模拟其中每一个现象,则需对相应的数值算法做大量精细化处理,因此难以在规定的时间和存储空间内进行大规模计算。此外,仿真复杂度和计算效率本就存在一种矛盾性,如何较好地平衡这种矛盾是研究人员长期以来一直面临的难题。本文对软体材料三维交互过程中的若干关键问题进行了深入研究,并构建了一套包含理论推导-数值实现-软件开发的完整体系。本文重点探索了软体材料交互过程中的三个计算瓶颈问题:接触检测、接触计算和变形计算,并针对性地提出了相应快速算法,使得仿真在满足精度要求下,还能达到极高的计算速度。本文的主要研究工作概括如下:1.提出了一种三层分段算法来处理软体材料的接触检测问题。在第一阶段的全局搜索过程中,本文提出了一种基于体积增量权值的包围树算法,以获取高质量的二分树结构。在第二阶段的网格相交测试中,本文提出了一种基于节点基元和有限单元基元的混合包围树算法。该方法可以直接获得后续接触计算所需的点-面接触对,并能有效地减少二分树遍历过程中的伪相交测试数目。在第三阶段的基元检测过程中,本文提出了一种基于等参面投影的摄动法来判断接触对是否满足接触映射关系,并获取精确的接触穿透信息。此外,本文采用了一种基于法向锥的包围树结构来解决软体变形过程中可能存在的自接触问题。数值试验表明,以上算法能有效地处理复杂软体材料的接触检测问题,且相较于传统算法有明显的性能优势。2.提出了一种基于增广拉格朗日方法的快速算法来处理软体材料三维交互中的静态接触问题。针对同时考虑多种非线性所引起的巨大计算负担,本文首先对刚度矩阵的逆矩阵进行了缩减预处理,然后通过接触点共旋的方法来近似每一个时间步中的Delassus算子。该过程可有效地避免大型稀疏矩阵的求逆计算,从而极大地加快整体计算速率。同时,本文在增广拉格朗日框架下引入了一个独特的投射因子来迭代求解局部接触方程。相对于常用的拉格朗日乘子,该投射因子并未增加额外的未知量,因而可以起到计算缩减的效果。数值试验表明,本文所提出的快速算法能精确地描述软体材料的大变形、大旋转,并能在考虑多点耦合接触和库仑摩擦等强非线性特性时达到极高的计算速度。针对双势理论框架下Uzawa算法迭代速度较慢的问题,本文提出了一种改进算法,其采用了对偶技术中的自动修改增量步长策略。数值试验表明,该方法能达到与原始算法相同的精度,但是迭代次数更少,计算速度更快。3.提出了一种基于速度的预处理半显式算法来处理软体材料三维交互中的动态接触问题。在动态条件下,因为质量矩阵和阻尼矩阵的引入,第2点所提出的静态接触求解算法会随着大变形的变化不再精确。针对此问题,本文首先构造了接触力与局部相对速度的隐式耦合关系。然后,本文采取分开求解的策略:接触力是基于隐式的增广拉格朗日方法求解,但是会显式地加到控制方程来求解速度。这种显式与隐式的结合使得整个求解过程中没有大型线性方程组的求解,没有Newton-Raphson非线性迭代,更没有计算代价巨大的刚度矩阵组装和大型稀疏矩阵求逆计算,因而可以获得极快的计算速度。该算法在动态条件下同样考虑了多点耦合接触效应,以及基于速度的Signorini-Coulomb接触模型,因而可以保证极高的精度。此外,该方法可通过基于HEML方法的内力计算来反映各向异性粘性超弹性变形,且不局限于某种特定的本构关系。数值试验表明,该算法能达到与当前流行的纯隐式算法相近的精度,且具备十分显着的性能优势。4.开发了一款针对软体材料的多体接触分析软件:LiToTac。本文基于面向对象设计方法和Open GL+Qt编程技术,开发了针对多体接触问题的交互界面、材料和单元库、静/动态求解器、模块数据管理器,以及文件传送接口。通过嵌入本文所提出的快速接触检测算法,LiToTac可对复杂的多体结构进行自动接触检测,从而避免了商用CAE软件中繁琐的主-从自由面定义操作。通过集成相关有限元算法,LiToTac可高效地模拟众多复杂的多体交互场景,以及精确地分析多种非线性耦合的力学行为。此外,LiToTac还可灵活地嵌入自主材料模型,并对多体结构的内部结构进行透视。与商用软件ABAQUS和ANSYS的数值试验对比表明,LiToTac的计算结果是精确可靠的。
凯立德 艾尔巴兹（Khalid Elbaz Ahmed Elbaz）[4]（2019）在《基于机器学习技术的隧道掘进机性状的预测模型研究》文中提出盾构隧道掘进机器性能和刀具磨损的预测是一个非线性和多变量的复杂问题。为解决这个问题,本研究旨在:i)建立确定隧道掘进机性能的智能分析框架,ii)预测隧道掘进过程中的机器性能（即盾构掘进效率和盾构切入速率）,iii)建立预测盾构刀盘寿命的智能化统计模型,iv)分析隧道施工过程中每个参数的作用效应,特征和影响因素。研究过程中,应用统计分析,机器学习技术,智能分析和现场实测数据验证等手段研究这一系列问题。首先,通过确定隧道掘进过程性能预测中最有效的参数,提出盾构掘进效率和盾构切入速率的新预测模型;然后,建立盾构刀盘寿命的智能化新模型来预测刀盘寿命;为了获得更为可靠的施工操作,基于地层力学参数与盾构施工参数两个方面,提出一种智能分析方法;最后,讨论分析盾构刀盘寿命预测中最重要影响参数的作用,确定预测模型。研究的创新成果总结如下:（1）提出了新的机器学习模型预测盾构机的掘进效率提出的机器学习模型集成了改进的粒子群优化（PSO）合法自适应神经模糊推理系统（ANFIS）在一起。提出的改进模型组合了基于模糊规则的系统和PSO算法,可以同时调整先行变量和后续变量。提出的模型与当前广泛使用模型,如神经网络、模糊逻辑、ANFIS和经验模型等相比,该模型在预测盾构机的掘进效率上具有更高的准确性。（2）提出了多目标优化模型预测盾构切入速率。提出的多目标优化模型集成了自适应神经模糊推理系统（ANFIS）与遗传算法（GA）。GA应用多目标适应度函数来提高运行时ANFIS进行参数调整的准确性。计算结果表明,在预测盾构机切入速率时,多目标优化模型预测结果的准确率高于ANFIS模型的预测结果。（3）提出了一种预测盾构刀盘寿命的分析模型提出了一种经验模型来预测盾构刀盘滚刀的寿命。提出的模型可以考虑地层力学参数与盾构施工参数两个方面对施工操作的影响。与以前的模型相比,所提出的经验模型可以提供一种合理可靠的方法,快速评估预测盾构刀盘滚刀寿命的影响因素,并可以确定可接受的精度范围。（4）建立了一个智能方法预测盾构滚刀寿命智能模型集成了数据处理多项式神经网络（GMDH）的群组方法与遗传算法（GA）相结合。GA用于优化GMDH的最合适的网络结构,使每个神经元能够搜索前一层的最佳连接集。虽然经验模型和智能模型都可用于滚刀寿命的估算,但智能GMDH-GA模型能够提供更高的准确度。此外,分析确定了隧道掘进过程中盾构滚刀寿命中最重要的影响因素。结果表明,盾构机的切入速率是影响盾构滚刀寿命的最重要的参数;因此,。（5）现场施工案例验证应用如下两个案例分析验证研究成果:其一为广州地铁9号线马鞍山公园站-莲塘村站区间隧道工程,其二为穗莞深城际铁路项目宝安机场下穿隧道。从两个现场实际案例收集了现场实测数据,室内试验参数和文献信息的数据,输入到提出的模型并进行了计算分析。结果表明,提出的模型可以有效地确定隧道机的掘进性状和预测盾构滚刀的寿命。最后,研究成果表明,使用不同的新型机器学习技术预测TBM性能、盾构滚刀寿命,可以提高TBM现场操作的状态与性能。
胡清元[5]（2019）在《等几何分析中的闭锁问题与Nitsche方法研究》文中提出有限元法是20世纪力学领域最重大的成就之一。在五十多年的发展历程中,有限元法形成了深厚的数学力学基础,众多研究者构造了大批的各类单元,发展了成熟的静力学和动力学分析方法和软件,在各个领域得到了广泛的应用。在有限元方法中发展起来的各种单元列式中,拟协调元的基本思想对很多单元的构造具有启发性,该方法以“积分弱化”的方式放松了单元间协调性要求。拟协调单元构造方式简单,单元刚度阵显式表达,研究和构造拟协调单元有助于简便且快速地分析实际问题。针对有限元网格剖分引起的CAE和CAD系统融合的困难,作为新兴的有限元分析框架,等几何分析采用非均匀有理B样条（Non-Uniform Rational B-Spline,NURBS）作为基函数,致力于将设计和分析纳入统一表达,将计算机辅助设计（CAD）和计算机辅助工程（CAE）无缝融合,成为一个发展非常迅速的方向。因此,针对等几何分析的相关研究具有重要的理论意义和工程应用价值。拟协调元在构造高阶次单元时,计算单元域内积分通常使用的等参变换对单元形状敏感、且无法达到理论上的最大代数精度,所构造的单元性能受限。与传统有限元类似,等几何Timoshenko梁、Reissner-Mindlin板壳单元同样存在数值闭锁现象,针对闭锁问题的研究使得单元可以薄厚通用,在稀疏网格下就能得到高精度结果,节省计算资源。等几何分析中边界条件施加问题是热点问题,例如,结构位移边界条件难以直接施加,Kirchhoff-Love薄板单元中的转动边界条件不方便控制,关于多片复杂结构耦合边界条件的施加问题,这些列式及其影响都有待研究。NURBS可以精确描述结构边界,对求解接触问题具有独特的优势,因此,对接触边界条件施加的列式研究以及对结构接触问题的模拟,也是等几何分析中的重要课题。本文针对拟协调元和等几何分析中的上述问题,开展了如下研究工作:（1）拟协调高精度抗畸变单元开发。在开发拟协调高阶次单元时,拟协调单元构造通常使用的等参变换限制了单元整体精度和性能,需要寻求一种新的单元域内积分方法。针对这一问题,基于拟协调有限元列式、采用B网方法,开发了拟协调平面四边形八节点单元,该单元具有高精度、抗畸变的良好性质。单元构造时使用B网方法进行单元域内积分,节省计算量的同时保证了单元的二次精度。由于B网积分的良好性质,单元在网格畸变时仍可得到较为稳定的结果,在凹四边网格下同样能够计算。（2）基于等几何分析的梁板壳单元列式与闭锁问题研究。等几何框架下梁、板壳单元仍存在闭锁问题,当网格畸变与闭锁同时发生时单元计算精度进一步下降。对于平面Timoshenko曲梁单元和Reissner-Mindlin板壳单元,提出形函数降阶法将产生闭锁的应变进行降阶投影,解决了应变离散式中插值阶次不一致的问题。此外还讨论了降阶策略,通过在单元上使用不同阶次的降阶基函数有效地减少了计算量、提高了结果精度。对于空间曲梁单元和实体壳单元进行列式和闭锁方面的研究,采用减缩积分策略减轻了闭锁现象。（3）等几何分析中的位移、转动和耦合边界条件施加列式研究。施加位移和转动边界条件、计算多片复杂结构是结构分析中的常见问题。但等几何分析中直接施加边界条件困难,通常采用Nitsche方法将要施加的边界条件“积分弱化”后代入原问题弱形式。对不同的边界条件Nitsche方法列式各不相同。我们通过整合列式提出了统一的Nitsche列式框架,对Nitsche方法进行了有益补充。提出的斜对称Nitsche列式避免了稳定系数的求解,研究中同样将斜对称Nitsche列式纳入统一框架,并应用到各个问题当中。通过算例展现了 Nitsche列式的数值表现,表明了列式的有效性,此外还研究了 Nitsche耦合过程对结构力学响应的影响。（4）基于等几何分析的接触条件施加列式与接触问题模拟。针对小变形无摩擦接触,将接触条件等效转化为投影算子后,采用Nitsche方法施加接触边界条件。列式推导从弹性体与刚体的接触出发,后扩展至两个弹性体之间的主从接触和适用于自接触的无偏接触Nitsche列式。进一步将摩擦条件引入,基于实体壳大变形列式,采用Nitsche方法模拟大变形摩擦接触。此外还推导了接触列式的线性化过程,介绍了高效稳定的接触搜索方法。通过算例进行了对Nitsche接触列式的相关研究,结果表明Nitsche方法能够有效地施加接触条件、模拟接触问题。
Zemichael Amare Desta[6]（2019）在《绳索驱动并联机器人的静态与动态特性分析》文中指出本文通过对柔索进行建模和分析,以评估绳驱动并联机器人的机械特性和整体性能。绳驱动并联机器人（CDPR）具有独特的性能和优点,诸如大工作空间尺寸等,得到了广泛的关注,适用于现场直播,运输和装载,易于重新配置和实施,具有高速运动特性和高载荷重量,以及良好的运动精度。静力学和动力学分析是实现并联机器人的更高效率和更广泛的应用的基础。本研究通过考虑柔索质量,弹性和末端执行器的质量,研究了绳驱动并联机器人的三维柔索模型,动态运动,静态和动态刚度分析。使用拉格朗日方法建立了CDPR的动力学模型。根据绳驱动并联机器人的静态平衡位置评估静态柔索模型。考虑重力的柔索静态变形是非线性的。通过考虑质量和弹性从三维的悬链线方程得到柔索的参数。动态柔索模型是根据系统静态平衡位置的微小变化而确定。根据静态和动态柔索模型,使用fminimax求解器优化柔索的张力和柔索长度,以确定CDPR的静态刚度。在系统静态平衡状态下对倾斜柔索进行建模,并获得多目标非线性方程。采用多目标优化进行柔索模型分析以搜索最优解。悬链线柔索模型以及液压缸施加在系统上的外力共同决定了机器人的整体刚度。CDPR的动态刚度通过力和自由振动以及谐波运动的频率变化来计算。所提出的方法考虑了惯性力和阻尼力对动态刚度分析的影响。在静力学和动力学柔索模型的基础上,分析了柔索驱动并联机器人的静刚度和动刚度,并通过仿真得到了柔索的刚度。柔索的动态刚度是动态柔索张力与所产生的动态变形之间的频率相关比。通过叠加方法表示相对于整体刚度矩阵的每根柔索的静态和动态刚度,以确定系统的静态和动态刚度。对于大跨度工作空间,悬链线方程的精度更高。在绳驱动并联机器人中,即使柔索以非常低的速度运行,柔索的振动也是无法避免的,并且降低了末端执行器的定位精度。可能导致这些振动的因素包括风扰动、末端执行器的初始运动、固定滑轮周围的柔索摩擦和减速器间隙。通过数值仿真来确定末端执行器的质量对静刚度和动刚度中三维倾斜平面的影响采用拉格朗日方法进行CDPR的动力学分析,考虑了柔索的质量、柔索的弹性、末端执行器、液压缸和卷筒的惯性矩。此外,还考虑惯性力以及柔索与卷筒之间的摩擦的影响。并联机器人的动态运动由广义力和广义坐标表示,以完全的表达整个机械系统的配置和系统的每个部件。在使用牛顿方程对柔索进行建模时,将柔索的质量和弹性考虑在内。根据最佳柔索张力和长度来确定柔索弹性。通过数值分析得到CDPR的动态运动规律。研究了柔索质量对柔索弹性的影响。通过实验分析得到末端执行器质量对柔索张力和弹性的影响。实验结果证明根据一组独立坐标能够更好地描述刚体的一般运动。通过在传统CDPR中增加索塔线性和旋转运动,可以更好地实现末端执行器速度控制。此外,三维分析对于测量柔索和系统的实际性能非常重要。
胡琰琪[7]（2018）在《功能对等理论指导下科技论文英汉翻译实践报告 ——以机械工程文本为例》文中进行了进一步梳理随着科学技术的飞速发展,对外学术交流的不断扩大,推介我国科学技术水平和成果的重要性日益凸显。机械工程英语作为科技英语中的重要组成部分受到学术界的广泛关注和高度重视。机械工程英语具有词汇专业性强、句型多样、语篇逻辑性强等特点,因此,要求译者将源语表述与目标语表述习惯相结合,力求做到精准翻译,实现译文读者对译文信息反应和原文读者对原文的反应基本相同。本报告以三篇有关薄壁零件失稳起皱研究的机械工程英语科技文献作为研究材料,详细描述翻译实践过程,并在功能对等理论的指导下讨论源语文本中的词汇、句法、语篇英译策略。本文首先介绍了项目来源、项目要求、源语文本质量及语言特点;其次,作者详细介绍了整个翻译过程,包括译前准备、翻译工具的选择、翻译计划的制定实施及译文质量的保证等;针对原文本大量使用机械专业词汇、从句、被动语态及机械制图等特点,本文从奈达的功能对等理论的视角出发,通过引用大量实例,从词汇、句法和语篇三方面对翻译过程中存在的问题进行分析研究。最后,笔者对整个翻译过程进行了总结和反思。功能对等理论的核心是意义大于形式,并主张在翻译中注重目标读者的需求。翻译实践表明,功能对等理论对科技英语翻译质量的提高有积极的指导作用。作为译者,在接到委托后,需要进行充分的译前分析,选用恰当的翻译理论及方法,才能很好地完成翻译任务达到翻译目标。
宋彦琦,周涛[8]（2018）在《基于S-R和分解定理的三维几何非线性无网格法》文中研究指明S-R（strain-rotation）和分解定理克服了经典有限变形理论的一些缺点,使其可以为几何非线性数值分析提供可靠的理论基础.对于大变形问题,由于无网格法（element-free method）避免了对单元网格的依赖,从而从根本上避免了有限单元法（finite element method,FEM）的单元畸变问题,保证了求解精度.因此,将无网格法和S-R和分解定理结合起来势必能建立一套更加合理可靠的几何非线性数值计算方法.目前基于S-R定理的无网格数值方法研究较少并且只能用于二维平面问题的求解,但实际上绝大多数问题都必须以三维模型来进行处理,因此建立适用于三维情况的S-R无网格法是非常有必要的.本文给出了适用于三维情况的S-R无网格法:采用由更新拖带坐标法和势能率原理推导出来的增量变分方程,利用基于全局弱式的无网格Galerkin法（EFG）得到了用于求解三维空间问题的离散格式.利用MATLAB编制三维S-R无网格法程序,对受均布载荷的三维悬臂梁和四边简支矩形板结构的非线性弯曲问题进行了计算.最后将所得的数值结果与已有文献进行了比较,验证了本文的三维S-R无网格数值算法的合理性、有效性和准确性.本文的三维S-R无网格数值算法可以作为一种可靠的三维几何非线性数值分析方法.
史加贝[9]（2018）在《基于共旋坐标法的大变形薄板多体系统非连续动力学建模与仿真研究》文中研究指明现代大型航天器由于载荷等原因,会使用轻质板壳类结构来组成复杂的多体系统,如太阳电池阵、天线和太阳帆等等。此类系统入轨后往往需要从运输状态展开到工作状态。这个过程中系统会呈现以下三个重要特点:1)大变形几何非线性。构件往往采用轻质的薄板材料,展开过程产生大范围运动和大变形响应,载荷作用下结构呈现大转动和小应变的特征。2)薄板之间的接触碰撞。薄板由于大范围运动,往往会在不同地方产生接触,接触会使系统状态产生突变,结构会产生高频的振动。3)大规模的非连续动力学过程。由于接触的存在,连续的动力学过程突变后成为非连续的动力学过程。共旋坐标法是一种精度好且高效的大变形柔性多体系统动力学建模方法。不同于惯性坐标法采用非线性应变函数描述应变能,共旋坐标法通过局部坐标系内相对简单的应变描述能大大提高效率。但该方法在处理大变形薄板多体系统时仍然存在问题。如带有转动参数会产生奇异问题,传统的局部坐标系会使计算产生虚假的刚体转动,共旋坐标简单地结合无节点转动自由度板单元会导致弯曲变形不准确等问题。对于非连续问题中的接触,多体动力学商业软件一般采用低次单元点-面接触来处理,这会造成边界处非物理的虚假嵌入。除了上述的困难,非连续动力学方程求解上也存在很多数值困难,包括接触检测、步长控制、迭代策略等。由于大变形薄板多体系统的非连续问题求解存在巨大的数值困难,为此,建立一套高效的大变形薄板的多体连续动力学模型与薄板间接触模型,提高大规模非连续全局仿真计算效率成为本文的主要研究目标。首先,本文将共旋坐标系和无节点转动自由度单元相结合,高效地运用于多体系统的动力学建模。结合共旋坐标法和无转动自由度薄板理论,基于极分解的理论改进了局部坐标系的精度,通过两种不同的刚体运动和变形的分离办法获得了两种不同的模型:1)基于单元独立的共旋坐标法思路,利用局部坐标系下的相对位置来提取变形运动。并且在局部坐标系下,提出了新型的无节点转动自由度薄板弯曲单元,进一步提高模型的精度。2)采用刚体运动对局部坐标的导数关系来分离刚体运动,进而在局部坐标系下描述单元应变能,得出了简洁高效的动力学方程。两种方法互为补充,在此理论下,建立了铰运动学约束方程,建立了大变形薄板多体系统的动力学模型。其次,对大变形薄板的接触进行了研究。发现传统的点-面接触模型在低次单元解决薄板接触问题时,会产生非物理的虚假嵌入。提出了完整的边-边接触模型,补充了传统薄板接触处理方法,并验证了边-边接触在接触离散中的必要性。采用增广的拉格朗日法计算接触力,避免了对罚因子选取的依赖,提高了柔性薄板多体系统的接触力计算的精度和效率。将该方法运用于工程实际中的薄板接触问题,并取得了合理的结果。然后,为进一步提高计算效率,提出了在大变形薄板柔性多体动力学全局仿真的计算策略。提出了高效的基于三角形单元的局部接触检测方法;针对连续过程和非连续过程采用不同的步长控制方法;优化了数值积分迭代流程。基于本文的方法开发了大变形薄板多体系统的非连续运动问题的通用计算代码,也为后续研究提供了研究平台。利用本文提出的建模理论和计算方法,成功地解决了各类理论问题和大型工程应用问题。说明该方法可以有效的进行大变形薄板多体系统的非连续动力学仿真计算,并具有较高的精度和效率。
李姿琳[10]（2017）在《干摩擦诱发自激振动系统的非光滑动力学特性研究》文中提出摩擦在自然界、日常生活以及工业生产中几乎是无处不在的。干摩擦通常起到消耗系统能量和阻止相对运动的作用,但是在某些情况下干摩擦会引起系统的自激振动,称之为摩擦自激振动。摩擦自激振动导致表面磨损、疲劳损伤等问题,可能还会诱发摩擦噪音,其中制动噪音是摩擦自激振动的一个典型工程问题。至今,人们对摩擦自激振动机理和振动特性的认识并不充分,干摩擦自激振动仍然是一个具有挑战性的研究课题。本文针对非线性和非光滑摩擦自激振动问题,基于现象学理论模型,从理论研究角度出发,建立了考虑多种非线性因素包括立方非线性接触刚度、非光滑粘-滑振动、分离或碰撞的离散和连续体理论模型,实现了含多类非光滑摩擦系统的振动响应数值求解,揭示了非线性离散和连续耦合摩擦系统的自激振动特性。另外,考虑将基于现象学理论模型的理论研究拓展到基于真实摩擦系统,为实施针对大型复杂摩擦系统（真实摩擦系统）非线性和非光滑振动研究,本文进行了初步理论研究,提出了针对复杂摩擦系统的模型缩减策略,并进行了理论验证和相应的试验验证。本文主要工作为:1.针对摩擦自激振动中非光滑和不连续振动频繁出现的现象,以及需要确保非光滑振动计算准确度这一关键问题,本文（第二章）将二阶微分方程的龙格库塔法和二分法相结合提出了针对包含非光滑和不连续摩擦系统的变步长数值算法,并求解了经典的单自由度滑块-滑带系统非光滑粘-滑振动问题,验证了算法的准确性。2.针对摩擦自激振动理论研究中,通常假设接触为线性且忽略部件间振动分离的问题,本文（第三章）建立了考虑非线性接触刚度、粘-滑振动以及分离-再接触三类非线性的两自由度滑块-滑带动力学模型,对该非线性系统的局部稳定性、时域及频域振动特性进行了研究。复特征值分析表明非线性刚度和预压力对系统稳定性具有并非单一的复杂影响。非线性瞬态动力分析显示,摩擦振动中确实会发生分离和再接触现象,忽略分离现象可能会低估了系统振动幅度,并且导致错误判断了关键参数对振动的影响。此外,通过对本文所建立模型瞬态响应的频域结果和稳定性分析结果进行对比,从频域角度出发,论证了非线性摩擦振动研究中考虑分离的必要性。最后,在该非线性滑块-滑带模型的接触面引入库伦摩擦力,得出了在含有非线性接触刚度、分离和面内粘-滑振动等多类型非线性和不光滑振动时,模态耦合不稳定系统具有复杂多样的振动特性。3.本文（第四章）将分离、再接触和碰撞引入弹性板-移动滑块理论模型摩擦振动研究中,给出了含摩擦的连续系统在考虑粘-滑振动、分离-再接触效应及碰撞时的理论分析方法及数值算法。数值分析结果表明,滑块系统水平方向的粘-滑振动在低转速状态下就够激励起弹性板的横向不稳定振动,并且振动中伴随有短暂分离现象。利用不同参数下考虑接触分离和忽略分离的庞伽莱图,揭示了系统振动的多样性以及考虑分离的重要性,研究了关键参数对滑块面内振动和板横向振动的影响。通过时频分析,揭示了该系统振动频率时变特性,指出滑块和板的分离与再接触是高频振动的关键原因。该工作一项重要发现为:理论分析中忽略分离现象可能会得出截然不同的动力特性甚至造成错误结果。4.基于模态综合法,针对摩擦系统含自然接触面及切向摩擦力这一特性,本文（第五章）提出了复杂摩擦系统的模型缩减策略,缩减实例及初步试验验证结果。首先,完成了对含线性接触的多自由度理论摩擦系统的模型缩减,验证了该缩减策略的有效性,理论上分析了不同参数及缩减阶数对缩减模型稳定性分析结果的影响,得出了缩减模型可以较好地保留原模型特征根分叉以及不稳定频率特征这两类重要动力学特性。随后,基于一个真实摩擦装置的有限元模型和试验结果,提出了适用于含直接接触的真实摩擦系统的缩减策略,实现了对真实摩擦试验装置的模型缩减,发现缩减模型稳定性分析结果在预测模态耦合及不稳定振动频率方面与有限元全模型结果及试验结果具有可接受的一致性。这一结论对以后大型复杂摩擦系统的非线性和非光滑振动研究具有重要意义。
二、ON UNILATERAL CONTACT LARGE DEFORMATION PROBLEM WITH FRICTION(Ⅱ)—NONLINEAR FINITE ELEMENT TECHNIQUE AND ITS APPLICATION（论文开题报告）
（1）论文研究背景及目的
此处内容要求：
首先简单简介论文所研究问题的基本概念和背景，再而简单明了地指出论文所要研究解决的具体问题，并提出你的论文准备的观点或解决方法。
写法范例：
本文主要提出一款精简64位RISC处理器存储管理单元结构并详细分析其设计过程。在该MMU结构中,TLB采用叁个分离的TLB,TLB采用基于内容查找的相联存储器并行查找,支持粗粒度为64KB和细粒度为4KB两种页面大小,采用多级分层页表结构映射地址空间,并详细论述了四级页表转换过程,TLB结构组织等。该MMU结构将作为该处理器存储系统实现的一个重要组成部分。
（2）本文研究方法
调查法：该方法是有目的、有系统的搜集有关研究对象的具体信息。
观察法：用自己的感官和辅助工具直接观察研究对象从而得到有关信息。
实验法：通过主支变革、控制研究对象来发现与确认事物间的因果关系。
文献研究法：通过调查文献来获得资料，从而全面的、正确的了解掌握研究方法。
实证研究法：依据现有的科学理论和实践的需要提出设计。
定性分析法：对研究对象进行“质”的方面的研究，这个方法需要计算的数据较少。
定量分析法：通过具体的数字，使人们对研究对象的认识进一步精确化。
跨学科研究法：运用多学科的理论、方法和成果从整体上对某一课题进行研究。
功能分析法：这是社会科学用来分析社会现象的一种方法，从某一功能出发研究多个方面的影响。
模拟法：通过创设一个与原型相似的模型来间接研究原型某种特性的一种形容方法。
三、ON UNILATERAL CONTACT LARGE DEFORMATION PROBLEM WITH FRICTION(Ⅱ)—NONLINEAR FINITE ELEMENT TECHNIQUE AND ITS APPLICATION（论文提纲范文）
（1）Engineering Simulation of Knee Orthosis in Ansys Complex and Approbation（论文提纲范文）
| Abstract |
| 摘要 |
| Chapter 1 |
| 1.1 Introduction |
| 1.1.1 Joint replacement rehabilitation |
| 1.1.2 Rehabilitation of patients with knee orthosis |
| 1.1.3 Rehabilitation using mechanical means |
| 1.2 Laboratory studies of patients' gait |
| 1.3 Analysis of morphological characteristics of the knee joint zone of the human body |
| 1.4 Justification of the choice of material for the manufacture of orthosis elements |
| 1.5 Outline |
| Chapter 2 |
| 2.1 Obtaining a basic model of a human leg joint |
| 2.2 Ansys universal finite theoretical element analysis system |
| 2.2.1 Technical requirements for modeling of knee orthosis design |
| 2.2.2 Preprocessor |
| 2.2.3 Processor |
| 2.2.4 Material selection |
| 2.2.5 Mesh simulation based on correct tetrahedral |
| 2.2.6 Construction of structural transitions |
| 2.2.7 Determination of the load on the structure of the knee orthosis |
| 2.2.8 Load on knee joint healthy and sick person |
| 2.3.Summary of chapter |
| Chapter 3 |
| 3.1 Development of knee orthosis manufacturing technology |
| 3.1.1 Metal part development |
| 3.1.2 Fabrication of parts the knee orthosis based the 3D printing |
| 3.1.3 Model fabrication the 3D plaster printer |
| 3.2 Bending tests for metal parts |
| 3.3 Summary of chapter |
| Chapter 4 |
| Results |
| Chapter 5 |
| Discussion |
| Chapter 6 |
| 6.1 Conclusion |
| 6.2 Future direction |
| References |
| Acknowledgement |
| List of publications |
（2）扩展有限元法及其在岩体裂隙扩展模拟中的应用研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| ABSTRACT |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 选题背景与研究意义 |
| 1.2 国内外研究现状 |
| 1.2.1 岩体裂隙扩展试验与理论研究 |
| 1.2.2 裂隙岩体数值模拟方法及其现状 |
| 1.2.3 岩石压剪断裂研究现状 |
| 1.2.4 岩体水力劈裂研究进展 |
| 1.2.5 扩展有限元法研究进展 |
| 1.3 研究内容 |
| 1.4 主要创新点 |
| 1.5 研究技术路线 |
| 第二章 岩体裂纹扩展的理论基础 |
| 2.1 引言 |
| 2.2 裂纹扩展的类型 |
| 2.3 裂尖附近的应力场和位移场 |
| 2.3.1 张开型裂纹 |
| 2.3.2 滑移型裂纹 |
| 2.3.3 撕开型裂纹 |
| 2.4 应力强度因子 |
| 2.4.1 应力强度因子的定义 |
| 2.4.2 应力强度因子的计算 |
| 2.5 岩体裂纹扩展的复合型断裂判据研究 |
| 2.5.1 拉剪应力状态下岩石复合型断裂判据 |
| 2.5.2 压剪应力状态下岩石复合型断裂判据 |
| 2.6 本章小结 |
| 第三章 裂纹扩展问题的扩展有限元法及程序实现 |
| 3.1 引言 |
| 3.2 单位分解法 |
| 3.3 扩展有限元法的基本原理 |
| 3.3.1 扩展有限元的位移模式 |
| 3.3.2 控制方程 |
| 3.3.3 离散方程 |
| 3.4 扩展有限元法的程序实现 |
| 3.4.1 等参单元 |
| 3.4.2 含裂纹单元的数值积分 |
| 3.4.3 等参元逆变换 |
| 3.4.4 水平集法 |
| 3.4.5 富集结点的选取 |
| 3.5 裂纹开裂准则与应力强度因子计算 |
| 3.5.1 裂纹开裂准则 |
| 3.5.2 应力强度因子的计算 |
| 3.6 重分析方法 |
| 3.7 扩展有限元法的程序流程 |
| 3.8 算例 |
| 3.8.1 含中心裂纹的有限板 |
| 3.8.2 含孔洞有限板单边裂纹扩展 |
| 3.8.3 重分析 |
| 3.9 本章小结 |
| 第四章 摩擦接触问题的扩展有限元法数值模拟 |
| 4.1 引言 |
| 4.2 扩展有限元接触模型 |
| 4.2.1 扩展有限元的位移模式 |
| 4.2.2 扩展有限元控制方程 |
| 4.3 接触条件 |
| 4.4 非光滑方程组 |
| 4.5 非光滑阻尼牛顿法 |
| 4.6 算例 |
| 4.6.1 单边裂纹受压板 |
| 4.6.2 含贯穿裂纹平板 |
| 4.6.3 含孔边裂纹平板 |
| 4.7 本章小结 |
| 第五章 裂隙岩体水力劈裂问题的扩展有限元数值模拟 |
| 5.1 引言 |
| 5.2 扩展有限元水力劈裂模型 |
| 5.2.1 扩展有限元的位移模式 |
| 5.2.2 扩展有限元控制方程 |
| 5.2.3 扩展有限元离散方程 |
| 5.2.4 数值积分方法 |
| 5.3 流固耦合模型 |
| 5.3.1 单裂纹水流运动模型 |
| 5.3.2 等效水力隙宽 |
| 5.4 应力强度因子计算与裂纹开裂准则 |
| 5.4.1 应力强度因子计算 |
| 5.4.2 裂纹开裂准则 |
| 5.5 耦合求解 |
| 5.6 算例 |
| 5.6.1 单边裂纹板受均匀水压作用 |
| 5.6.2 岩石试件水力劈裂分析 |
| 5.7 本章小结 |
| 第六章 工程应用 |
| 6.1 危岩主控结构面变形破坏分析 |
| 6.1.1 工程概况 |
| 6.1.2 计算模型 |
| 6.1.3 荷载工况 |
| 6.1.4 计算结果及失稳机理分析 |
| 6.2 重力坝坝基断裂扩展模拟 |
| 6.2.1 计算模型 |
| 6.2.2 计算参数及荷载工况 |
| 6.2.3 计算结果及分析 |
| 6.3 压力隧洞水力劈裂分析 |
| 6.3.1 计算模型 |
| 6.3.2 裂纹对洞周应力场的影响 |
| 6.3.3 裂纹对洞周位移场的影响 |
| 6.3.4 水力劈裂对洞周应力场的影响 |
| 6.3.5 水力劈裂对洞周位移场的影响 |
| 6.3.6 裂纹扩展对洞周应力场和位移场的影响 |
| 6.4 岩质边坡稳定性分析 |
| 6.4.1 计算模型 |
| 6.4.2 计算结果及分析 |
| 6.5 本章小结 |
| 第七章 结论与展望 |
| 7.1 主要结论 |
| 7.2 研究展望 |
| 参考文献 |
| 攻读博士学位期间已发表或录用的论文 |
| 攻读博士学位期间参与的科研项目 |
| 致谢 |
（3）软体材料三维交互过程中的快速算法研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| abstract |
| 第1章 绪论 |
| 1.1 研究背景与意义 |
| 1.2 问题描述 |
| 1.3 研究难点 |
| 1.4 国内外研究现状 |
| 1.4.1 快速接触检测算法的研究现状 |
| 1.4.2 快速接触求解算法的研究现状 |
| 1.4.3 快速变形算法的研究现状 |
| 1.5 本文的研究内容 |
| 1.6 组织结构 |
| 第2章 软体材料的接触检测快速算法 |
| 2.1 引言 |
| 2.2 快速粗略检测 |
| 2.2.1 增量包围树的构建 |
| 2.2.2 增量包围树的更新 |
| 2.2.3 粗略检测的遍历 |
| 2.3 快速精确检测 |
| 2.3.1 混合包围树 |
| 2.4 快速基元检测 |
| 2.4.1 等参面投影 |
| 2.4.2 特殊情况处理 |
| 2.4.3 连续检测和离散检测的讨论 |
| 2.5 自接触检测 |
| 2.5.1 法向锥层次包围树 |
| 2.5.2 自接触预处理和剔除 |
| 2.6 数值应用:编织体接触 |
| 2.7 本章小结 |
| 第3章 (准)静态交互过程的接触快速求解算法 |
| 3.1 引言 |
| 3.2 静态接触模型 |
| 3.3 问题描述 |
| 3.4 基于增广拉格朗日方法的接触快速计算 |
| 3.4.1 接触映射关系的引入 |
| 3.4.2 接触系统的快速求解 |
| 3.5 数值实验 |
| 3.5.1 算例1:快速算法的精确性验证 |
| 3.5.2 算例2:快速算法的计算效率验证 |
| 3.5.3 算例3:改进迭代算法的有效性验证 |
| 3.6 本章小结 |
| 第4章 动态交互过程的接触快速求解算法 |
| 4.1 引言 |
| 4.2 动态接触模型 |
| 4.3 动态有限元控制方程 |
| 4.4 基于速度的预处理半显式算法 |
| 4.4.1 半显式求解 |
| 4.4.2 考虑超弹性各向异性变形的内力快速计算 |
| 4.4.3 粘性超弹性内力计算 |
| 4.4.4 稳定控制 |
| 4.4.5 算法流程 |
| 4.5 数值实验 |
| 4.5.1 算例1:超弹性各向异性特性验证 |
| 4.5.2 算例2:预处理半显式算法精度与性能验证 |
| 4.6 本章小结 |
| 第5章 多体接触仿真软件LiToTac的研发 |
| 5.1 引言 |
| 5.2 面向对象的框架设计 |
| 5.3 面向对象技术的应用 |
| 5.4 软件流程 |
| 5.5 多核并行设计 |
| 5.6 软件界面设计和特色功能 |
| 5.6.1 界面设计 |
| 5.6.2 功能介绍 |
| 5.7 多体接触仿真算例展示 |
| 5.7.1 二维多体接触 |
| 5.7.2 三维多体接触 |
| 5.8 LiToTac与商用软件的对比 |
| 5.8.1 二维算例对比 |
| 5.8.2 三维算例对比 |
| 5.9 本章小结 |
| 第6章 结论与展望 |
| 6.1 本文内容总结 |
| 6.2 未来工作展望 |
| 致谢 |
| 参考文献 |
| 攻读博士学位期间发表的论文及科研成果 |
（4）基于机器学习技术的隧道掘进机性状的预测模型研究（论文提纲范文）
| Abstract |
| 摘要 |
| List of acronyms and abbreviations |
| Chapter1 Introduction |
| 1.1 Background and motivation |
| 1.2 Role of models in tunneling |
| 1.3 Definition of the problem |
| 1.4 Objectives of this study |
| 1.5 Research strategy/design |
| 1.6 Structure of this dissertation |
| Chapter2 Literature review |
| 2.1 Introduction |
| 2.2 TBM Tunneling |
| 2.2.1 Working principle |
| 2.2.2 Earth pressure balance(EPB)tunnel boring machine |
| 2.3 Parameters influencing excavation performance and tool wear |
| 2.3.1 Face pressure |
| 2.3.2 Screw conveyor |
| 2.3.3 Thrust and torque of cutter wheel |
| 2.3.4 Soil conditioning agent |
| 2.3.5 Cutter wheel rotation speed |
| 2.3.6 Penetration rate,utilization factor,and advance rate |
| 2.4 Current state of disc cutter design and development direction |
| 2.4.1 Disc cutter life(Hf)prediction model |
| 2.5 TBM prediction models |
| 2.5.1 Artificial intelligent techniques |
| 2.5.2 Optimization techniques |
| 2.5.3 Evaluation TBM performance through AI techniques |
| 2.6 Summary |
| Chapter3 Data-driven framework for improving shield performance |
| 3.1 Introduction |
| 3.2 Visual analysis of the data |
| 3.2.1 Statistical modeling |
| 3.2.2 Principal component analysis |
| 3.2.3 Simple regression analysis |
| 3.2.4 Non-linear multiple regression analysis |
| 3.3 Advance rate prediction through neural network model |
| 3.3.1 Neural network architecture selection |
| 3.3.2 Analysis of neural network |
| 3.4 Advance rate prediction through fuzzy logic model |
| 3.4.1 Fuzzification part |
| 3.4.2 Knowledge base |
| 3.4.3 Fuzzy inference system(FIS) |
| 3.4.4 Defuzzification process |
| 3.4.5 Analysis of fuzzy logic |
| 3.5 Advance rate prediction through ANFIS techniques |
| 3.5.1 ANFIS Architecture |
| 3.5.2 Hybrid learning algorithm |
| 3.5.3 Structure identification methods |
| 3.6 Summary |
| Chapter4 Machine performance using optimization models |
| 4.1 Introduction |
| 4.2 Estimating TBM performance |
| 4.3 Proposed technique for advance rate prediction |
| 4.3.1 Original PSO algorithm |
| 4.3.2 Improvement of inertia weight |
| 4.3.3 Improvement of constriction factor |
| 4.3.4 Synchronously inertia weight and constriction factor |
| 4.3.5 Hybrid improved IPSO-ANFIS model |
| 4.3.6 Model evaluations |
| 4.3.7 Comparison of IPSO-ANFIS model with other techniques |
| 4.4 Proposed technique for penetration rate prediction |
| 4.4.1 Genetic algorithm |
| 4.4.2 Improving ANFIS using GA model |
| 4.4.3 Multi-objective fitness function |
| 4.4.4 Model evaluation |
| 4.4.5 Comparison of multi-objective optimization model with other technique |
| 4.5 Discussion |
| 4.6 Summary |
| Chapter5 Intelligent approach to estimate disc cutter life |
| 5.1 Introduction |
| 5.2 Visualization to estimate the consumption of disc cutter |
| 5.3 Developing model for estimating disc cutter life |
| 5.3.1 Statistical analysis |
| 5.3.2 Simple regression analysis |
| 5.3.3 Non-linear multiple regression analysis |
| 5.4 An intelligence technique |
| 5.4.1 Group method of data handling polynomial neural network |
| 5.4.2 Hybrid GMDH-GA technique |
| 5.4.3 Evaluation methodology of cutter life using optimized GMDH-GA |
| 5.4.4 Model validation |
| 5.5 Analyze the efficiency of parameters to predict cutter life |
| 5.6 Summary |
| Chapter6 Case studies:prediction of tunnel performance |
| 6.1 Introduction |
| 6.2 Guangzhou Metro Line no.9(Case study) |
| 6.2.1 Project description |
| 6.2.2 Geological conditions |
| 6.2.3 Rock percentage encountered the tunnel face |
| 6.2.4 Cutter wear and its effect on shield advancement rate |
| 6.2.5 Effect of TBM field database on advance rate |
| 6.3 Guangzhou-Shenzhen intercity railway project |
| 6.3.1 Project description |
| 6.3.2 Geological conditions |
| 6.3.3 Disc cutter consumption |
| 6.3.4 Analysis of shield parameters |
| 6.4 Discussion |
| 6.4.1 Visualization of the evolving models for TBM performance |
| 6.4.2 Visualization of the evolving models for disc cutter life |
| 6.5 Summary |
| Chapter7 Concluding remarks |
| 7.1 A brief summary |
| 7.2 Limitations |
| 7.3 Perspective |
| Appendix A |
| Appendix B |
| References |
| Acknowledgements |
| Curriculum vitae |
| Publications during my Ph D study |
（5）等几何分析中的闭锁问题与Nitsche方法研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| ABSTRACT |
| 主要符号表 |
| 1 绪论 |
| 1.1 研究背景与意义 |
| 1.2 拟协调有限元研究现状 |
| 1.2.1 有限元列式理论和概况 |
| 1.2.2 拟协调元列式及相关应用 |
| 1.3 等几何分析研究现状 |
| 1.3.1 等几何分析的产生及其相关研究 |
| 1.3.2 基于等几何分析中的结构分析 |
| 1.4 等几何分析中存在的若干问题 |
| 1.4.1 闭锁现象研究现状 |
| 1.4.2 Nitsche方法及其在边界条件施加问题中的应用 |
| 1.5 本文研究内容与章节安排 |
| 2 有限元列式与等几何分析基础 |
| 2.1 引言 |
| 2.2 经典有限元列式 |
| 2.2.1 问题描述 |
| 2.2.2 弱形式 |
| 2.2.3 有限单元、形函数与分片近似 |
| 2.2.4 Jacobi转换矩阵 |
| 2.2.5 有限元离散列式 |
| 2.2.6 数值积分 |
| 2.2.7 误差计算 |
| 2.3 等几何分析基础 |
| 2.3.1 节点矢量与B样条 |
| 2.3.2 控制点与B样条曲线曲面 |
| 2.3.3 非均匀有理B样条(NURBS) |
| 2.3.4 h加密,p加密,k加密 |
| 2.4 本章小结 |
| 3 高精度抗畸变拟协调单元列式研究 |
| 3.1 引言 |
| 3.2 拟协调单元一般列式 |
| 3.3 拟协调平面四节点单元构造 |
| 3.3.1 单元局部坐标与单元列式 |
| 3.3.2 单元边界积分计算 |
| 3.3.3 算例:分片实验 |
| 3.3.4 算例:Cook梁 |
| 3.4 基于B网积分的平面八节点抗畸变拟协调单元 |
| 3.4.1 拟协调平面八节点单元列式 |
| 3.4.2 基于B网方法的三角形单元域内积分 |
| 3.4.3 基于B网方法的四边形单元域内积分 |
| 3.4.4 算例:二阶分片实验 |
| 3.4.5 算例:剪切梁网格畸变 |
| 3.4.6 算例:Cook梁网格畸变 |
| 3.5 拟协调思想 |
| 3.6 本章小结 |
| 4 等几何梁板壳结构分析及闭锁问题研究 |
| 4.1 引言 |
| 4.2 等几何平面Timoshenko曲梁单元 |
| 4.2.1 平面Timoshenko曲梁单元列式 |
| 4.2.2 形函数降阶法列式与原理 |
| 4.2.3 降阶法讨论 |
| 4.2.4 算例:降阶法原理 |
| 4.2.5 算例:常曲率曲梁 |
| 4.3 等几何Reissner-Mindlin板壳单元 |
| 4.3.1 Reissner-Mindlin板壳单元列式 |
| 4.3.2 列式讨论 |
| 4.3.3 形函数降阶策略 |
| 4.3.4 算例:简支方板 |
| 4.3.5 算例:受压圆筒 |
| 4.4 等几何空间曲梁单元 |
| 4.4.1 空间曲梁单元列式 |
| 4.4.2 列式讨论 |
| 4.4.3 算例:弹簧模型 |
| 4.5 等几何实体壳单元 |
| 4.5.1 由壳中面构造3D几何模型 |
| 4.5.2 实体壳单元列式 |
| 4.5.3 条件数测试、闭锁现象与减缩积分方案 |
| 4.5.4 算例:Scordelis-Lo roof |
| 4.6 本章小结 |
| 5 Nitsche方法及其在等几何分析中的应用 |
| 5.1 Nitsche方法一般列式 |
| 5.2 无参数(parameter-free)列式与稳定系数 |
| 5.3 Nitsche方法在施加位移边界条件中的应用 |
| 5.3.1 基于Nitsche方法的施加位移边界条件列式 |
| 5.3.2 算例:分片实验测试 |
| 5.4 Nitsche方法在施加转动边界条件中的应用 |
| 5.4.1 基于Nitsche方法的施加转动边界条件列式 |
| 5.4.2 算例:薄板对称边界条件 |
| 5.5 Nitsche方法在多片耦合中的应用 |
| 5.5.1 基于Nitsche方法的施加耦合边界条件列式 |
| 5.5.2 算例:简支方板 |
| 5.5.3 算例:固支杆自由振动 |
| 5.5.4 算例:环形板 |
| 5.6 Nitsche方法在接触问题中的应用 |
| 5.6.1 基于Nitsche方法的小变形无摩擦接触列式 |
| 5.6.2 小变形接触列式线性化 |
| 5.6.3 基于Nitsche方法的大变形摩擦接触列式 |
| 5.6.4 大变形接触列式线性化 |
| 5.6.5 基于层次包围盒的二叉树接触搜索 |
| 5.6.6 算例:Hertz接触 |
| 5.6.7 算例:泰勒接触实验 |
| 5.6.8 算例:3D自接触 |
| 5.6.9 算例:交叉圆筒大变形自接触 |
| 5.7 本章小结 |
| 6 结论与展望 |
| 6.1 结论 |
| 6.2 创新点 |
| 6.3 展望 |
| 参考文献 |
| 附录A 基于Nitsche方法的大变形自接触列式各项导数 |
| A.1 PK1应力方向导数 |
| A.2 接触列式中各算子偏导数 |
| A.3 接触列式中各项方向导数 |
| 攻读博士学位期间科研项目及科研成果 |
| 致谢 |
| 作者简介 |
（6）绳索驱动并联机器人的静态与动态特性分析（论文提纲范文）
| 摘要 |
| ABSTRACT |
| ACKNOWLEDGEMENTS |
| Nomenclature |
| Chapter 1 Introduction |
| 1.1 Theoretical background of CDPRs |
| 1.1.1 Applications and merits of CDPRs |
| 1.1.2 Drawbacks of CDPRs |
| 1.1.3 Types of CDPRs |
| 1.2 Problem identify and current research focus |
| 1.2.1 Cable tension analysis |
| 1.2.2 Stiffness analysis of CDPRs |
| 1.3 Proposed work and applications |
| Chapter 2 Modeling and Optimization of Cables |
| 2.1 Static cable model |
| 2.1.1 Kinematic model |
| 2.2 Dynamic cable model |
| 2.3 Optimization of the cable tension distribution and lengths |
| 2.4 Summary of the chapter |
| Chapter 3 Static and Dynamic Stiffness Analysis of CDPRs in Three-Dimensional |
| 3.1 Static stiffness of cables along all directions |
| 3.1.1 Static stiffness of cable along x-axis |
| 3.1.2 Static stiffness of each cable along y-axis |
| 3.1.3 Static stiffness of each cable along z-axis |
| 3.2 Dynamic stiffness analyses of the CDPRs |
| 3.3 Numerical Examples |
| 3.3.1 Static stiffness of cables |
| 3.3.2 Results of cable’s dynamic stiffness |
| 3.4 Summary of the chapter |
| Chapter 4 Dynamic Analysis of Electrohydraulic Cable-Driven Parallel Robots |
| 4.1 Dynamic analysis of CDPRs with electrohydraulic actuator |
| 4.1.1 Hydraulic cylinder |
| 4.1.2 Drum |
| 4.1.3 Cable |
| 4.1.3.1 Cable wound on the drum |
| 4.1.3.2 Deployed cable |
| 4.1.4 End-Effector |
| 4.2 Equations of motion for CDPRs using Lagrange’s method |
| 4.2.1 Angular position of cableβi with respect to local frame of the cable O_(3i) |
| 4.2.2 Angular position of CDPRθZ rotates about the fixed frame RG |
| 4.2.3 Position of cable with respect to local frame of each cable O_(3i) |
| 4.2.4 Stroke length S of the hydraulic cylinder along Z-axis |
| 4.3 Results and discussion |
| 4.3.1 Displacement and velocity along x-axis |
| 4.3.2 Displacement and velocity along z-axis |
| 4.3.3 Displacement and velocity of stroke length S |
| 4.4 Summary of the chapter |
| Chapter 5 Experimental Validation and Cable Tension Analysis |
| 5.1 Description of CDPR |
| 5.2 Static experiments and cable tensions analyses |
| 5.2.1 Experimental setup |
| 5.2.2 Results comparison of experimental,ideal and optimal analyses |
| 5.3 Summary of the chapter |
| Chapter 6 Conclusions and Future Perspectives |
| List of Publications |
| References |
| Appendix A |
（7）功能对等理论指导下科技论文英汉翻译实践报告 ——以机械工程文本为例（论文提纲范文）
| 摘要 |
| Abstract |
| Chapter 1 Description of Translation Task |
| 1.1 Requirements of Translation Task |
| 1.2 Linguistic Features of the Source Text |
| Chapter 2 Description of Translating Procedure |
| 2.1 Preparations Before Translation Task |
| 2.1.1 Translation Tools Selected |
| 2.1.2 Translation Plans Made |
| 2.2 Translating Process |
| 2.3 Translation Proofreading |
| Chapter 3 Theoretical Framework |
| 3.1 Brief Introduction to Functional Equivalence Theory |
| 3.2 Application of Functional Equivalence to the Translation of Mechanical Engineering Text |
| 3.2.1 Feasibility of Functional Equivalence Theory in Mechanical Engineering TextTranslation |
| 3.2.2 Translation Principles under the Guidance of Functional Equivalence Theory |
| Chapter 4 Case Analysis |
| 4.1 Lexical Equivalence |
| 4.1.1 Translation of Terminology |
| 4.1.2 Translation of Abbreviations |
| 4.1.3 Translation of Noun Phrases |
| 4.2 Syntactic Equivalence |
| 4.2.1 Translation of Passive Sentences |
| 4.2.2 Translation of Long and Complex Sentences |
| 4.3 Textual Equivalence |
| 4.3.1 Cohesion |
| 4.3.2 Coherence |
| Chapter 5 Conclusion |
| 5.1 Findings and Benefits in the Translation Process |
| 5.2 Limitations |
| 5.3 Suggestions for Further Research and Practice |
| Bibliography |
| Acknowledgements |
| Appendix Ⅰ Term List |
| Appendix Ⅱ Source Text |
| Appendix Ⅲ Target Text |
| Appendix Ⅳ Source Text |
| Appendix Ⅴ Target Text |
| Appendix Ⅵ Source Text |
| Appendix Ⅶ Target Text |
（9）基于共旋坐标法的大变形薄板多体系统非连续动力学建模与仿真研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| abstract |
| 主要符号对照表 |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 本文研究的工程背景和意义 |
| 1.2 柔性多体系统动力学建模方法 |
| 1.2.1 柔性多体动力学建模思想简述 |
| 1.2.2 柔性多体系统共旋坐标法 |
| 1.2.3 无节点转动自由度板壳 |
| 1.3 柔性多体动力学的非连续问题 |
| 1.3.1 接触力模型 |
| 1.3.2 接触离散模型 |
| 1.3.3 接触检测 |
| 1.4 柔性多体系统动力学的数值计算 |
| 1.4.1 隐式时间积分 |
| 1.4.2 步长控制策略 |
| 1.4.3 并行计算和稀疏矩阵技术 |
| 1.5 本文工作 |
| 第二章 大变形薄板的共旋坐标法建模理论 |
| 2.1 大变形薄板的RFCR模型 |
| 2.1.1 RFCR模型运动学 |
| 2.1.2 RFCR模型局部变形描述 |
| 2.1.3 RFCR模型动力学 |
| 2.2 大变形薄板的RFRM模型 |
| 2.2.1 RFRM模型运动学 |
| 2.2.2 RFRM模型变形描述 |
| 2.2.3 RFRM模型动力学 |
| 2.3 RFCF模型与RFRM模型的比较 |
| 2.4 大变形薄板的数值案例分析 |
| 2.4.1 单元转动测试 |
| 2.4.2 薄板纯弯曲 |
| 2.4.3 径向载荷下开口半球面的变形 |
| 2.4.4 短圆柱壳的运动 |
| 2.4.5 圆柱壳屈曲分析 |
| 2.5 本章小结 |
| 第三章 大变形薄板多体系统动力学的建模理论 |
| 3.1 运动学约束 |
| 3.1.1 平移约束 |
| 3.1.2 转动约束 |
| 3.2 动力学方程与求解 |
| 3.3 稀疏矩阵与并行计算 |
| 3.4 多体动力学数值案例分析 |
| 3.4.1 中心旋转柔性板 |
| 3.4.2 薄板的横向曲屈 |
| 3.4.3 圆环薄板的展开 |
| 3.4.4 圆柱壳双摆 |
| 3.5 本章小结 |
| 第四章 大变形薄板多体系统的接触碰撞 |
| 4.1 大变形板壳的接触动力学 |
| 4.1.1 大变形板壳接触的虚功原理 |
| 4.1.2 大变形板壳的接触力和切线刚度阵 |
| 4.1.3 增广拉格朗日格式的接触力 |
| 4.2 板壳接触离散类型 |
| 4.2.1 点-面接触类型 |
| 4.2.2 边-边接触类型 |
| 4.2.3 特殊接触类型 |
| 4.3 大变形板壳的接触碰撞案例分析 |
| 4.3.1 自由布料与球面接触 |
| 4.3.2 圆柱面之间接触 |
| 4.4 本章小结 |
| 第五章 大变形薄板多体系统的计算策略及其实际应用 |
| 5.1 接触检测技术 |
| 5.1.1 全局检测 |
| 5.1.2 局部检测 |
| 5.2 步长控制方案 |
| 5.2.1 连续过程步长控制 |
| 5.2.2 非连续过程步长控制 |
| 5.3 计算流程分析 |
| 5.4 布料的悬垂仿真 |
| 5.4.1 方形布料放置在方形平台 |
| 5.4.2 圆形布料放置在圆形平台 |
| 5.4.3 方形布料放置在刚性球面 |
| 5.5 空间站太阳电池阵展开的多体动力学仿真与分析 |
| 5.5.1 太阳电池阵多体动力学模型 |
| 5.5.2 柔性太阳电池阵展开过程仿真与分析 |
| 5.6 本章小结 |
| 全文总结 |
| 附录A 带转动自由度的共旋坐标法一般推导 |
| A.1 带转动自由度的共旋坐标法动力学方程 |
| A.2 带转动自由度共旋坐标法板壳的动力学方程的线性化 |
| 附录B 局部大曲率问题的六节点三角形膜单元方法 |
| 附录C 柔性多体系统代码框架的实现 |
| C.1 柔性多体动力学代码的框架 |
| C.1.1 力学模型模块 |
| C.1.2 数学求解器模块 |
| C.1.3 力学与数学模块的映射模块 |
| C.1.4 输入输出 |
| C.1.5 后处理与可视化模块 |
| C.2 代码的扩展与维护 |
| 参考文献 |
| 致谢 |
| 攻读学位期间发表的学术论文 |
| 攻读学位期间获得的着作权 |
| 攻读学位期间参与的项目 |
（10）干摩擦诱发自激振动系统的非光滑动力学特性研究（论文提纲范文）
| ABSTRACT |
| 摘要 |
| NOMENCLATURE |
| 1 Introduction |
| 1.1 Friction in general |
| 1.2 Mechanisms of Friction-induced vibration |
| 1.2.1 Negative friction-velocity slope |
| 1.2.2 Stick-slip instability |
| 1.2.3 Mode-coupling instability |
| 1.2.4 Sprag-slip instability |
| 1.2.5 Other mechanisms |
| 1.3 Mechanical models |
| 1.3.1 Low-degree-of-freedom models |
| 1.3.2 Continuous models |
| 1.3.3 Finite element models |
| 1.4 Nonlinearity in frictional systems |
| 1.4.1 Terminology of the non-smooth system |
| 1.4.2 Nonlinear nature of friction |
| 1.4.3 Nonlinear contact stiffness |
| 1.4.4 Change of contact due to dynamics |
| 1.5 Analysis methods |
| 1.5.1 Complex eigenvalue analysis (CEA) |
| 1.5.2 Transient dynamic analysis (TDA) |
| 1.6 Model reduction |
| 1.6.1 Techniques |
| 1.6.2 Applications in friction-induced vibration |
| 1.7 Thesis structure |
| 2 Basic Theories of Friction-induced Vibration and Transient Dynamic AnalysisAlgorithm for Non-smooth Vibration |
| 2.1 Introduction |
| 2.2 Mechanisms of friction-induced vibration |
| 2.2.1 Negative friction-velocity slope |
| 2.2.2 Stick-slip vibration |
| 2.2.3 Mode-coupling instability |
| 2.2.4 Sprag-slip instability |
| 2.3 Fundamental theory of the discrete system and the elastic plate |
| 2.3.1 Vibration of discrete systems with dry friction |
| 2.3.2 Fundamental theory of an elastic annular plate |
| 2.4 Transient dynamic analysis method for non-smooth vibration |
| 2.4.1 Runge-Kutta method for a second order differential equation |
| 2.4.2 Numerical iteration process for non-smooth problems |
| 2.5 Conclusions |
| 3 Nonlinear Friction-induced Vibration of a Slider-belt Model |
| 3.1 Introduction |
| 3.2 Theoretical formulations |
| 3.2.1 The mechanical model |
| 3.2.2 Equation of motion in friction contact |
| 3.2.3 Separation and reattachment |
| 3.3 Complex eigenvalue analysis of the nonlinear frictional system |
| 3.3.1 Equilibrium points |
| 3.3.2 Eigenvalue analysis of the system at the equilibrium point |
| 3.4 Modal analysis of the system during separation |
| 3.5 Nonlinear transient dynamic analysis (TDA) |
| 3.5.1 Procedure of the numerical simulation |
| 3.5.2 Vibration of the stable system |
| 3.5.3 Separation during vibration |
| 3.5.4 Effects of separation on the amplitudes |
| 3.6 Comparisons of vibration frequencies of TDA and CEA |
| 3.6.1 Frequencies of the stable vibration |
| 3.6.2 Frequencies of the unstable vibration |
| 3.7 Nonlinear vibration involving Coulomb's law of friction |
| 3.8 Conclusions |
| 4 Friction-induced Vibration of an Elastic Disc and a Moving Slider with Separationand Reattachment |
| 4.1 Introduction |
| 4.2 Disc model and theoretical development |
| 4.2.1 In-plane stick-slip motion of the slider |
| 4.2.2 Transverse vibration of the disc |
| 4.2.3 Coupled equations of motion of the whole system in modal coordinates |
| 4.2.4 Separation and reattachment |
| 4.3 Modal analysis |
| 4.3.1 Natural frequencies of the plate |
| 4.3.2 Natural frequencies of the whole system |
| 4.4 Validation of the numerical method |
| 4.5 Numerical study |
| 4.5.1 Numerical procedure |
| 4.5.2 Separation during vibration |
| 4.5.3 The critical speed for separation |
| 4.5.4 Influences of separation |
| 4.5.5 Influences of significant parameters |
| 4.6 Nonstationary dynamic behaviour |
| 4.7 Conclusions |
| 5 Model Reduction of a Multi-degree-of-freedom Frictional System with ExperimentalValidation |
| 5.1 Introduction |
| 5.2 Theoretical formulations of the reduction strategy for the frictional system |
| 5.2.1 Definitions of the contact force and the friction force |
| 5.2.2 Mode synthesis strategy |
| 5.3 Applications to a 9-degree-of-freedom model |
| 5.3.1 Introduction of the 9-degree-of-freedom model |
| 5.3.2 Equation of motion of the system formulated by substructures |
| 5.3.3 Equation of motion formulated by the mass and stiffness matrix of thewhole system |
| 5.3.4 Numerical analysis:Case 1 |
| 5.3.5 Numerical analysis:Case 2 |
| 5.4 Application to the system with rigid motion in the substructure |
| 5.5 Applications to a pad-on-disc system with experimental results |
| 5.5.1 Description of the test rig of the pad-on-disc system |
| 5.5.2 Description of the finite element model |
| 5.5.3 Reduction of the pad-on-disc system and stability analysis |
| 5.6 Conclusions |
| 6 Conclusions and Outlooks |
| 6.1 Conclusions |
| 6.2 Original contributions |
| 6.3 创新点摘要 |
| 6.4 Outlooks |
| References |
| Research Projects and Publications during PhD Period |
| Acknowledgements |
| Curriculum Vitae |
四、ON UNILATERAL CONTACT LARGE DEFORMATION PROBLEM WITH FRICTION(Ⅱ)—NONLINEAR FINITE ELEMENT TECHNIQUE AND ITS APPLICATION（论文参考文献）
- [1]Engineering Simulation of Knee Orthosis in Ansys Complex and Approbation[D]. 安心（ZIUZINA ALEKSANDRA）. 兰州理工大学, 2021(01)
- [2]扩展有限元法及其在岩体裂隙扩展模拟中的应用研究[D]. 郑安兴. 上海交通大学, 2015(03)
- [3]软体材料三维交互过程中的快速算法研究[D]. 彭磊. 西南交通大学, 2020
- [4]基于机器学习技术的隧道掘进机性状的预测模型研究[D]. 凯立德 艾尔巴兹（Khalid Elbaz Ahmed Elbaz）. 上海交通大学, 2019(06)
- [5]等几何分析中的闭锁问题与Nitsche方法研究[D]. 胡清元. 大连理工大学, 2019(12)
- [6]绳索驱动并联机器人的静态与动态特性分析[D]. Zemichael Amare Desta. 合肥工业大学, 2019
- [7]功能对等理论指导下科技论文英汉翻译实践报告 ——以机械工程文本为例[D]. 胡琰琪. 西安理工大学, 2018(12)
- [8]基于S-R和分解定理的三维几何非线性无网格法[J]. 宋彦琦,周涛. 力学学报, 2018(04)
- [9]基于共旋坐标法的大变形薄板多体系统非连续动力学建模与仿真研究[D]. 史加贝. 上海交通大学, 2018(01)
- [10]干摩擦诱发自激振动系统的非光滑动力学特性研究[D]. 李姿琳. 大连理工大学, 2017(09)