×

结合松弛技术的求解器与代数约束耦合的协同模拟方法。 (英语) Zbl 1334.65123号

摘要:基于多体系统的稳定指数-2公式,提出了一种求解器与代数约束耦合的半隐式联合仿真方法B.施韦泽D.卢【多体系统动力学34,No.2,129-161(2015;Zbl 1368.70037号)]对于使用常数近似来外推/内插耦合变量的情况。在手头的手稿中,这种方法被推广到使用高阶近似的情况下。直接应用高阶多项式外推/内插耦合变量失败。利用线性逼近多项式,观察到运动微分方程的拉格朗日乘子中的人为振荡。对于二次多项式和高阶多项式,联合模拟变得不稳定。
在这项工作中,获得无人工振荡的稳定解的关键思想是应用松弛技术。本文对高阶近似情况进行了详细的稳定性和收敛性分析。在此背景下,研究了松弛参数对稳定性和收敛性的影响。通过不同的数值算例验证了包含高阶逼近多项式的稳定指数2联合仿真方法的适用性和鲁棒性。对耦合变量使用分段常数近似多项式会在宏观时间点产生子系统中不连续的加速度和反作用力,这可能会给子系统积分器带来问题。通过高阶近似多项式,耦合变量以及子系统中的加速度和反作用力变得连续。

MSC公司:

65升80 微分代数方程的数值方法
2009年4月34日 隐式常微分方程,微分代数方程
70E55型 多体系统动力学
65L20英寸 常微分方程数值方法的稳定性和收敛性
PDF格式BibTeX公司 XML格式引用
全文: 内政部

参考文献:

[1] 安布罗西奥,J。;彭博,J。;Rauter,F。;佩雷拉,M。;Bottaso,C.L.(编辑),受电弓-支架交互仿真的多体和有限元代码联合仿真中基于内存的通信,231-252(2009),柏林·Zbl 1303.70002号
[2] Ambrosio,J.、Pombo,J.,Pereira,M.、Antunes,P.、Mosca,A.:高速列车接触网-人-机相互作用动力学分析的计算程序。J.西奥。申请。机械。50(3), 681-699 (2012)
[3] Anderson,K.S.:一般多刚体树系统运动仿真的一种有序n(n)公式。计算。结构。46(3),547-559(1993)·Zbl 0790.70003号 ·doi:10.1016/0045-7949(93)90224-2
[4] Anderson,K.,Duan,S.:多刚体系统动力学的混合并行低阶算法:第一部分,链系统。数学。计算。模型。30(9-10),193-215(1999)·Zbl 1042.70500号 ·doi:10.1016/S0895-7177(99)00190-9
[5] 阿诺德,M。;Arnold,M.(编辑);Schiehlen,W.(编辑),应用动力学模拟的数值方法(2009),柏林·doi:10.1007/978-3-211-89548-1
[6] Arnold,M.、Clauss,C.、Schierz,T.:2.0版中模型交换和联合仿真的FMI联合仿真的误差分析和误差估计。拱门。机械。工程60(1),75-94(2013)
[7] 布希,M。;Schweizer,B.,不同联合模拟技术的数值稳定性和准确性:基于2-DOF试验模型的分析研究,IMSD 2010,芬兰拉皮恩兰塔,5月25-27日
[8] 布希,M。;Schweizer,B.,《控制联合模拟方法宏观步长的明确方法》,ENOC 2011,意大利罗马,7月24-29日
[9] Busch,M.,Schweizer,B.:多体和有限元系统的耦合模拟:一种高效且稳健的半隐式耦合方法。拱门。申请。机械。82(6), 723-741 (2012) ·Zbl 1293.70005号 ·doi:10.1007/s00419-011-0586-0
[10] Carstens,V.、Kemme,R.、Schmitt,S.:叶轮机械中流动与结构相互作用的耦合模拟。Aerosp.航空公司。科学。Technol公司。7, 298-306 (2003) ·Zbl 1047.76527号 ·doi:10.1016/S1270-9638(03)00016-6
[11] Cuadrado,J.、Cardenal,J.,Morer,P.、Bayo,E.:多体动力学的智能模拟:顺序和并行计算环境中的空间状态和描述符方法。多体系统。动态。4, 55-73 (2000) ·Zbl 0963.70003号 ·doi:10.1023/A:1009824327480
[12] Daniel,W.J.T.:一种新的恒加速度子循环算法的分析和实现。国际期刊数字。方法工程40,2841-2855(1997)·Zbl 0888.73074号 ·doi:10.1002/(SICI)1097-0207(19970815)40:15<2841::AID-NME193>3.0.CO;2-S型
[13] Daniel,W.J.T.:结构动力学中子循环算法的稳定性研究。计算。方法应用。机械。工程156,1-13(1998)·Zbl 0967.70005号 ·doi:10.1016/S0045-7825(97)00140-0
[14] Daniel,W.J.T.:亚循环结构动力学的部分速度方法。计算。方法应用。机械。工程师192375-394(2003)·Zbl 1083.74539号 ·doi:10.1016/S0045-7825(02)00518-2
[15] 数据员,M。;斯坦丘莱斯库,I。;Negrut,D.,整车分析的联合仿真框架,美国密歇根州底特律,4月12日至14日
[16] Datar,M.,Stanciulescu,I.,Negrut,D.:车辆系统高保真虚拟样机的联合仿真环境。国际法学杂志。系统。模型。测试。7, 54-72 (2012) ·doi:10.1504/IJVSMT.2012.045308
[17] Dörfel,M.R.,Simeon,B.:流体-结构相互作用耦合方案的分析和加速。数字。数学。高级申请。,307-315 (2010) ·Zbl 1311.74146号
[18] Eberhard,P。;Gaugele,T。;黑泽尔,美国。;Storchak,M.,用于联合模拟夏比冲击试验和传热的离散元材料模型,德国汉诺威,9月3-4日
[19] Eich,E.:应用于具有代数约束的机械系统的坐标投影方法的收敛结果。SIAM J.数字。分析。30(5), 1467-1482 (1993) ·Zbl 0785.65079号 ·doi:10.1137/0730076
[20] Eich-Soellner,E.,Führer,C.:多体动力学中的数值方法。特乌布纳,斯图加特(1998年)·Zbl 0899.70001号 ·doi:10.1007/978-3-663-09828-7
[21] 弗里德里希,M。;Ulbrich,H.,机电系统并行联合仿真,IMSD 2010,芬兰拉皮恩兰塔,5月25-27日
[22] Gear,C.W.,Gupta,G.K.,Leimkuhler,B.J.:带约束的欧拉-拉格朗日方程的自动积分。J.计算。申请。数学。12&13, 77-90 (1985) ·Zbl 0576.65072号 ·doi:10.1016/0377-0427(85)90008-1
[23] Gonzalez,F。;冈萨雷斯,M。;Cuadrado,J.,《多体动力学和框图模拟工具的弱耦合》,IDETC/CIE 2009,美国加利福尼亚州圣地亚哥,8月30日至9月2日
[24] Gonzalez,F.,Naya,M.A.,Luaces,A.,Gonzarez,M.:多速率联合仿真技术对多体系统动力学效率和准确性的影响。多体系统。动态。25(4), 461-483 (2011) ·Zbl 1225.70006号 ·doi:10.1007/s11044-010-9234-7
[25] Gu,B.,Asada,H.H.:代数耦合动态子系统的协同模拟,未披露专有子系统模型。J.戴恩。系统。测量。控制126,1-13(2004)·数字对象标识代码:10.1115/1.1648307
[26] Hairer,E.,Norsett,S.P.,Wanner,G.:求解常微分方程I:非刚性问题,第3版。柏林施普林格出版社(2009)·兹比尔1185.65115
[27] Hairer,E.,Wanner,G.:求解常微分方程II:刚性和微分代数问题,第2版。柏林施普林格出版社(2010年)·Zbl 1192.65097号
[28] Haug,E.J.:机械系统的计算机辅助运动学和动力学。Allyn和Bacon,《Needhom Heights》(1989)
[29] 希普曼,G。;阿诺德,M。;Schittenhelm,M.,《套筒和滚子链传动的高效模拟》,西班牙马德里,6月21日至24日
[30] Kübler,R.,Schiehlen,W.:模拟器耦合的两种方法。数学。计算。模型。动态。系统。6, 93-113 (2000) ·Zbl 0962.65107号 ·doi:10.1076/1387-3954(200006)6:2;1-M;FT093型
[31] Kübler,R.,Schiehlen,W.:多体系统动力学的模块化仿真。多体系统。动态。4, 107-127 (2000) ·Zbl 0965.70008号 ·doi:10.1023/A:1009810318420
[32] 拉库西埃,C。;Nordfeldth,F。;Linde,M.,大型系统实时并行化的分区方法,IMSD 2014,ACMD 2014,Bexco,釜山,韩国,6月30日-7月3日
[33] Laflin,J.J.,Anderson,K.S.,Khan,I.M.,Poursina,M.:分治算法在多体系统动力学中的应用进展。J.计算。非线性动力学。,9 (2014). 数字对象标识代码:10.1115/1.4026072·Zbl 0785.65079号
[34] Lehnart,A。;Fleissner,F。;Eberhard,P.,在联合模拟方法中使用SPH模拟坦克车辆中的晃动,法国南特,5月27日至29日
[35] Liao,Y.G.,Du,H.I.:基于多体的车辆动力学和电动助力转向控制系统的联合仿真。程序。仪器机械。Eng.K,J.多体动力学。215, 141-151 (2001) ·doi:10.1243/0954407011525412
[36] Lubich,Ch.:约束多体系统的外推积分器。影响计算。科学。工程3,213-234(1991)·Zbl 0742.70011号 ·doi:10.1016/0899-8248(91)90008-I
[37] Malczyk,P.,Fraczek,J.:使用商业多体解算器对机构建模的并行效率进行评估。拱门。机械。工程师LVI(3),237-249(2009)
[38] Meynen,S。;Mayer,J。;Schäfer,M.,用于流体-结构相互作用问题数值模拟的耦合算法,巴塞罗那·兹比尔0959.74512
[39] Mraz,L。;Valasek,M.,《多体系统动力学的附加动力学并行化》,克罗地亚萨格勒布,7月1日至4日
[40] Naya,M.,Cuadrado,J.,Dopico,D.,Lugris,U.:多体和液压动力学联合仿真的有效统一方法:与简化和联合集成方法的比较。拱门。机械。工程LVIII,223-243(2011)·doi:10.2478/v10180-011-0016-4
[41] Negrut,N.、Melanz,D.、Mazhar,H.、Lamb,D.、Jayakumar,P.:通过模拟研究在离散颗粒地形上运行的轻型履带车辆的机动性。SAE国际期刊通过。汽车、机械。系统。6, 369-381 (2013). doi:10.4271/2013-01-1191·doi:10.4271/2013-01-1191
[42] Pombo,J.、Ambrosio,J.:高速列车中多受电弓与接触网的相互作用。J.计算。非线性动力学。7(4), 041008 (2012) ·数字对象标识代码:10.1115/1.4006734
[43] Schäfer,M。;Yigit,S。;Heck,M.,隐式分区流体-结构相互作用耦合,加拿大温哥华·Zbl 1234.74053号
[44] Schiehlen,W.:多体系统动力学:根源和观点。多体系统。动态。1, 149-188 (1997) ·Zbl 0901.70009号 ·doi:10.1023/A:1009745432698
[45] Simeon,B.:计算柔性多体动力学:微分代数方法。柏林施普林格出版社(2013)·Zbl 1279.70002号 ·doi:10.1007/978-3642-35158-7
[46] 施莫尔,R。;Schweizer,B.,《多体和液压系统的协同仿真:不同耦合方法的比较》,比利时布鲁塞尔,7月4-7日
[47] Schweizer,B.,Lu,D.:求解器与代数约束耦合的预测/校正联合仿真方法。ZAMM-J公司。申请。数学。机械。(2014). doi:10.1002/zamm.201300191·Zbl 1326.65092号 ·doi:10.1002/zamm.201300191
[48] Schweizer,B。;Lu,D.,《代数约束求解器耦合的协同模拟方法:半隐式耦合技术》,IMSD 2014,ACMD 2014,Bexco,Busan,Korea,6月30日-7月3日
[49] Schweizer,B.,Lu,D.:稳定指数-2联合仿真方法,用于求解器与代数约束耦合。多体系统。动态。(2014). doi:10.1007/s11044-014-9422-y·兹比尔1368.70037 ·doi:10.1007/s11044-014-9422-y
[50] Schweizer,B.,Lu,D.:求解器耦合的半隐式联合仿真方法。拱门。申请。机械。(2014). doi:10.1007/s00419-014-0883-5·doi:10.1007/s00419-014-0883-5
[51] Schweizer,B.,Li,P.,Lu,D.:显式和隐式联合仿真方法:不同求解器耦合方法的稳定性和收敛性分析。J.计算。非线性动力学。(2014). 数字对象标识代码:10.1115/1.4028503·数字对象标识代码:10.1115/1.4028503
[52] Schweizer,B.,Li,P.,Lu,D.,Meyer,T.:稳定隐式联合模拟方法:基于本构定律的解算器耦合。拱门。申请。机械。(2015). doi:10.1007/s00419-015-0999-2·Zbl 1347.74092号 ·doi:10.1007/s00419-015-0999-2
[53] Schweizer,B.,Li,P.,Lu,D.,Meyer,T.:稳定隐式联合仿真方法:多体系统的代数约束求解器耦合。J.计算。非线性动力学。(2015). 数字对象标识代码:10.1115/1.4030508·数字对象标识代码:10.1115/1.4030508
[54] Schweizer,B.,Li,P.,Lu,D.:隐式联合仿真方法:求解器与代数约束耦合的稳定性和收敛性分析。ZAMM-J公司。申请。数学。机械。(2015). doi:10.1002/zamm.201400087·Zbl 07775083号 ·doi:10.1002/zamm.201400087
[55] Spreng,F.、Eberhard,P.、Fleissner,F.:使用多体系统和平滑粒子流体动力学算法对加工过程进行耦合模拟的方法。西奥。申请。机械。莱特。3(1), 8-013005 (2013) ·doi:10.1063/2.1301305
[56] Tomulik,P.,Fraczek,J.:使用耦合技术模拟多体系统:案例研究。多体系统。动态。25(2), 145-165 (2011) ·doi:10.1007/s11044-010-9206-y
[57] Verhoeven,A.,Tasic,B.,Beelen,T.G.J.,ter Maten,E.J.W.,Mattheij,R.M.M.:BDF复合快速多速率瞬态分析与自适应步长控制。J.数字。分析。Ind.申请。数学。3(3-4), 275-297 (2008) ·Zbl 1170.65069号
[58] Zierath,J。;Woernle,C。;Samin,J.C.(编辑);Fisette,P.(编辑),用于边界元系统接触分析的Dirichlet-to-Neumann算法的开发及其在MBS-BEM联合模拟中的应用,比利时布鲁塞尔,7月4-7日
[59] Zierath,J。;Woernle,C。;Oñate,E.(编辑),通过边界元联合模拟和Dirichlet-to-Neumann算法在多体系统中进行接触建模(2012),柏林
此参考列表基于出版商或数字数学图书馆提供的信息。其项与zbMATH标识符进行启发式匹配,可能包含数据转换错误。在某些情况下,zbMATH Open的数据对这些数据进行了补充/增强。这试图尽可能准确地反映原始论文中列出的参考文献,而不要求完整或完全匹配。