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基于切比雪夫包含函数的多体机械系统区间不确定方法。 (英语) Zbl 1352.70017号

摘要:本研究提出了一种基于切比雪夫包含函数的机械系统多体动力学不确定性分析新方法。区间模型考虑了由不确定但有界参数组成的多体机械系统的不确定性,只需要不确定参数的上下界,不必知道概率分布。提出了一种基于截断Chebyshev级数的Chebyshef包含函数,而不是Taylor包含函数,以获得区间函数有意义解的更清晰和更紧的边界,有效地处理区间计算固有的包裹效应引起的高估。在数值实现中,Mehler积分用于计算Chebyshev多项式的系数。机械系统的多体动力学由指数-3微分代数方程(DAE)控制,包括微分方程和代数方程的组合,负责受某些约束的系统动力学。结合适当的数值求解器,将所提出的带有切比雪夫包含函数的区间方法应用于求解DAE。本研究采用HHT-I3作为数值求解器,在每个积分时间步长将DAE转化为一系列非线性代数方程,并在当前时间步长采用Newton–Raphson迭代法进一步求解。利用两个典型的具有区间参数的多体动力学系统,即曲柄滑块机构和双摆机构,验证了该方法的有效性。结果表明,所提出的方法能够以合理的计算成本提供足够的数值精度,并且能够有效地处理包裹效应,因为引入了余弦函数来锐化非单调区间函数的范围。

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70E55型 多体系统动力学
65升80 微分代数方程的数值方法
70层20 与粒子系统动力学有关的完整系统

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参考文献:

[1] Negrut,刚性和柔性多体动力学低阶数值积分公式的讨论,《计算与非线性动力学杂志》4(2)第021008页–(2009)·数字对象标识代码:10.1115/1.3079784
[2] Isukapalli,《运输转型模型的不确定性分析》(1999)
[3] 舒勒,《考虑不确定性的优化计算方法——综述》,《应用力学与工程中的计算机方法》198,第2页,2008年·Zbl 1194.74258号 ·doi:10.1016/j.cma.2008.05.004
[4] 罗,结构拓扑优化的模糊容差多级方法,《计算机与结构》84第127页–(2006)·doi:10.1016/j.compstruc.2005.10.001
[5] Ben-Haim,应用力学中不确定性的凸模型(1990)·Zbl 0703.73100号
[6] 邱,使用凸模型和区间分析方法比较结构的静态响应,《国际工程数值方法杂志》56(12),第1735页–(2003)·Zbl 1068.74083号 ·doi:10.1002/nme.636
[7] Kang,基于可靠性的概率和凸集混合模型结构优化,结构和多学科优化42(1),第89页–(2009)·Zbl 06227845号 ·doi:10.1007/s00158-009-0461-6
[8] Ghanem,随机有限元中的多项式混沌,应用力学杂志57(1)第197页–(1990)·Zbl 0729.73290号 ·数字标识代码:10.1115/12888303
[9] Xiu,随机微分方程的Wiener-Askey多项式混沌,SIAM科学计算杂志24(2)pp 619–(2002)·兹比尔1014.65004 ·doi:10.1137/S1064827501387826
[10] 扎德,《模糊集,信息与控制》,第8页,第338页–(1965年)·Zbl 0139.24606号 ·doi:10.1016/S0019-9958(65)90241-X
[11] 具有广义Hukuhara可微性的区间微分方程的Bede B Stefanini L数值解IFSA/EUSFLAT会议论文集2009·Zbl 1188.28002号
[12] Bede,广义可微性下的一阶线性模糊微分方程,信息科学177(7)pp 1648–(2007)·Zbl 1119.34003号 ·doi:10.1016/j.ins.2006.08.021
[13] Chalco-Cano,《求解模糊微分方程的几种方法之间的比较》,《模糊集与系统》160(11),第1517页–(2009)·Zbl 1198.34005号 ·doi:10.1016/j.fss.2008.10.02
[14] Nieto,广义可微性下模糊微分方程的数值解,非线性分析:混合系统3(4)pp 700–(2009)·兹比尔1181.34005 ·doi:10.1016/j.nahs.2009.06.013
[15] 汉斯,不确定参数系统仿真和分析的变换方法,模糊集与系统130,第277页–(2002)·Zbl 1015.65005号 ·doi:10.1016/S0165-0114(02)00045-3
[16] Moens,有限元分析中非概率不确定性处理的综述,应用力学和工程中的计算机方法194(12-16)第1527页–(2005)·Zbl 1137.74443号 ·doi:10.1016/j.cma.2004.03.019
[17] 蒋,基于凸模型和区间满意度的不确定约束结构优化,应用力学与工程中的计算机方法196 pp 4791–(2007)·Zbl 1173.74364号 ·doi:10.1016/j.cma.2007.03.024
[18] Kang,使用凸模型对几何非线性结构进行基于非概率可靠性的拓扑优化,《应用力学与工程中的计算机方法》198(41-44)pp 3228–(2009)·Zbl 1230.74153号 ·doi:10.1016/j.cma.2009.06.001
[19] Chernousko,矩阵受到不确定扰动的动力系统可达集的椭球界,最优化理论与应用杂志104(1)第1页–(2000)·Zbl 0968.93011号 ·doi:10.1023/A:10046876200019
[20] 阿勒菲尔德,《区间分析:理论与应用》,《计算与应用数学杂志》121页421–(2000)·Zbl 0995.65056号 ·doi:10.1016/S0377-0427(00)00342-3
[21] 旋转、泰勒模型和浮点运算:COSY《逻辑与代数编程杂志》64(1)pp 135–(2005)中验证算术运算的证明·Zbl 1080.68519号 ·doi:10.1016/j.jlap.2004.07.008
[22] Li,使用区间凸模型的不确定多学科设计优化方法,工程优化45 pp 1–(2012)
[23] 高,不确定性结构的固有频率和振型分析,机械系统和信号处理21(1),第24页–(2007)·doi:10.1016/j.ymssp.2006.05.007
[24] Chen,带区间参数结构的区间静态位移分析,《国际工程数值方法杂志》53(2),第393页–(2002)·Zbl 1112.74505号 ·doi:10.1002/nme.281
[25] Jackson,ODE IVP验证方法的一些最新进展,应用数学与计算42,第269页–(2002)·Zbl 0998.65068号
[26] Berz,基于Taylor模型方法的依赖问题的有效控制,《可靠计算》5 pp 3–(1999)·Zbl 0947.65026号 ·doi:10.1023/A:1026437523641
[27] Lin,参数常微分方程初值问题的验证解决方案,应用数值数学57(10)pp 1145–(2007)·Zbl 1121.65084号 ·doi:10.1016/j.apnum.2006.10.006
[28] 张,不确定参数闭环系统动态响应的区间有限元法,《国际工程数值方法杂志》70(5)pp 543–(2007)·Zbl 1194.74492号 ·doi:10.1002/nme.1891
[29] Han,具有不确定载荷和材料特性的复合材料层合板中的瞬态波,《国际工程数值方法杂志》75(3),第253页–(2008)·Zbl 1195.74083号 ·doi:10.1002/nme.2248
[30] Wu,非线性系统在不确定性下动态响应的Chebyshev级数区间法,应用数学模型37 pp 4578–(2013)·Zbl 1269.93031号 ·doi:10.1016/j.a.pm.2012.09.073
[31] Sandu,《具有不确定性的多体系统建模》。第一部分:理论和计算方面,多体系统动力学15(4)pp 369–(2006)·Zbl 1146.70330号 ·doi:10.1007/s11044-006-9007-5
[32] Sandu,具有不确定性的多体系统建模。第二部分:数值应用,多体系统动力学15(3)pp 241–(2006)·Zbl 1146.70331号 ·doi:10.1007/s11044-006-9008-4
[33] Abramowitz,《数学函数与公式、图形和数学表手册》(1972年)·兹比尔0543.33001
[34] Laulusa,《多体系统约束执行经典方法综述》,《计算与非线性动力学杂志》3(1)pp 011004–(2008)·数字对象标识代码:10.1115/12803257
[35] Bauchau,《多体系统约束执行当代方法综述》,《计算与非线性动力学杂志》3(1)pp 011005–(2008)·数字对象标识代码:10.1115/12803258
[36] 纽马克,结构动力学的计算方法,《工程力学杂志》第85(3)分册,第67页–(1959)
[37] Negrut,《关于多体动力学指数3微分代数方程背景下Hilber-Hughes-Taylor方法的实现》,《计算与非线性动力学杂志》第2卷第73页–(2007年)·doi:10.1115/1.2389231
[38] Chung,《改进数值耗散的结构动力学时间积分算法:广义A方法》,《应用力学杂志》60 pp 371–(1993)·Zbl 0775.73337号 ·数字对象标识代码:10.1115/12900803
[39] Jaulin,《应用区间分析:参数和状态估计、鲁棒控制和机器人示例》(2001年)·Zbl 1023.65037号 ·doi:10.1007/978-1-4471-0249-6
[40] Neumaier,包裹效应,椭球算法,稳定性和置信域,计算9 pp 175–(1993)·Zbl 0790.65035号
[41] Makino,基于泰勒模型的验证积分器对包裹效应的抑制:通过收缩包裹实现长期稳定,《国际微分方程与应用杂志》10,第385页–(2005)·Zbl 1133.65045号
[42] Nedialkov,一元微分方程初值问题的验证解,应用数学与计算105 pp 21–(1999)·Zbl 0934.65073号 ·doi:10.1016/S0096-3003(98)10083-8
[43] Erret,Stone-Weierstrass定理的推广,太平洋数学杂志11(3)pp 777–(1961)·Zbl 0104.09002号 ·doi:10.2140/pjm.1961.11.777
[44] 李,数值分析(2003)
[45] Rivlin,函数逼近导论(1981)·Zbl 0489.41001号
[46] Fox,Chebyshev多项式在数值分析中的应用(1968)
[47] Wu,使用区间法对具有不确定参数的多体系统进行动力学分析,应用力学与材料152-154 pp 1555–(2012)·doi:10.4028/www.scientific.net/AMM.152-154.1555
[48] Buras,1996年对CP违规率的分析/{(epsilon)},《物理快报》B 389(4)第749页–(1996)
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