Алгоритм декомпозиции линейной задачи дополнительности и его применение для моделирования соударений балансов в корообдирочном барабане

Автор: Колесников Геннадий Николаевич

Журнал: Resources and Technology @rt-petrsu

Статья в выпуске: 10 (2), 2013 года.

Бесплатный доступ

Проблема численного моделирования соударений балансов в корообдирочном барабане рассматривается как источник контактной задачи. Решение данной задачи необходимо для прогнозирования силы соударений балансов друг с другом и с корпусом корообдирочного барабана. С применением конечно-элементной модели контактная задача сведена к поиску решения линейной задачи дополнительности с положительно определенной матрицей коэффициентов. Динамика объекта исследования моделируется как множество его статических состояний, упорядоченных во времени с помощью метода конечных разностей. Обоснован новый алгоритм декомпозиции линейной задачи дополнительности с положительно определенной матрицей коэффициентов. На каждом шаге во времени численная реализация алгоритма сводится к исключениям Гаусса-Жордана с выбором разрешающего элемента по энергетическому критерию. Упомянутый критерий используется для поиска глобального минимума дискретного множества квадратичных функций, каждая из которых имеет одну переменную. С точки зрения механики энергетический критерий используется как критерий перехода односторонних связей из возможного состояния в действительное. Решение указанной выше линейной задачи дополнительности по новому алгоритму определяется за меньшее число шагов, чем при использовании описанных в литературе алгоритмов.

Еще

Негладкая динамика, соударения, корообдирочный барабан, численное моделирование, линейная задача дополнительности, энергетический критерий

Короткий адрес: https://sciup.org/147112291

IDR: 147112291

Список литературы Алгоритм декомпозиции линейной задачи дополнительности и его применение для моделирования соударений балансов в корообдирочном барабане

  • Ferris M. C., Pang J. S. Engineering and economic applications of complementarity problems//Siam Review. -1997. -Т. 39. -№. 4. -С. 669-713.
  • Glocker C., Studer C. Formulation and preparation for numerical evaluation of linear complementarity systems in dynamics//Multibody System Dynamics. -2005. -Т. 13. -№. 4. -С. 447-463.
  • Khulief Y.A. Modeling of impact in multibody systems: An overview//J. Comput. Nonlinear Dyn. -2013. -Т. 8. -С. 021012. http://www.researchgate.net/publication/235708326_Modeling_of_Impact_in_Multibody_Systems_An_Ove rview/file/e0b49518983d093f38.pdf [Cited 24 September 2013].
  • Линч А. Д. Циклы дробления и измельчения: моделирование, оптимизация, проектирование и управление: Пер. с англ. -М.: Недра, 1981. -343 с.
  • Васильев С. Б., Доспехова Н. А., Колесников Г. Н. Численное моделирование взаимодействия еловых балансов неодинакового диаметра в корообдирочном барабане//Resources and Technology. -2013. -Т. 10. -№ 1. -С. 024-038.
  • Бойков С. П. Теория процессов очистки древесины от коры. -Л.: Издательство Ленинградского университета, 1980. -152 с.
  • Baroth R. Literature review of the latest development of wood debarking. -University of Oulu, Control Engineering Laboratory, 2005. -29 pp.
  • Öman M. Influence of log characteristics on drum debarking of pulpwood//Scandinavian Journal of Forest Research. -2000. -Т. 15. -№. 4. -С. 455-463.
  • Газизов А. М., Шапиро В. Я., Григорьев И. В. Моделирование процесса разрушения коры при роторной окорке древесины//Вестник Красноярского государственного аграрного университета. -2008. -№ 5. -С. 271-279.
  • Гаспарян Г. Д. Основы метода и технологии ультразвуковой окорки круглых лесоматериалов//Фундаментальные исследования. -2013. -№ 6 (часть 1). -С. 19-23.
  • Оскерко В. Е. Новый принцип окорки лесоматериалов//Строительные и дорожные машины. -2007. -№ 3. -С. 13-16.
  • Васильев С. Б., Колесников Г. Н., Никонова Ю. В., Раковская М. И. Влияние локальной жесткости корпуса корообдирочного барабана на изменение силы соударений и величину потерь древесины//Ученые записки Петрозаводского государственного университета. Серия: Естественные и технические науки. -2008. -№ 96. -С. 84-91.
  • Васильев С. Б., Колесников Г. Н., Никонова Ю. В., Раковская М. И. Исследование закономерностей изменения силы соударений с целью снижения потерь при окорке древесины в барабане//Известия Санкт-Петербургской лесотехнической академии. -2008. -№ 185. -С. 195-202.
  • Девятникова Л. А. Потенциал ресурсосбережения в технологии подготовки круглых лесоматериалов к переработке на щепу//Политематический сетевой электронный научный журнал Кубанского государственного аграрного университета. -2013. -№ 88. -С. 188-206.
  • Никонова Ю. В. Обоснование конструктивно-технологических параметров корообдирочных барабанов с применением численного моделирования динамического взаимодействия балансов: автореф. дисс. … канд. техн. наук -Петрозаводск, 2009. -20 с.
  • Isokangas, A., Hyvonen, A., Pollanen, K., Leiviska, K. Analysis of debarking times using pilot scale drum. In 59th Appita Annual Conference and Exhibition: Incorporating the 13th ISWFPC (International Symposium on Wood, Fibre and Pulping Chemistry), Auckland, New Zealand, 16-19 May 2005: Proceedings (p. 95). Appita Inc.
  • Аргатов И. И., Дмитриев Н. Н. Основы теории упругого дискретного контакта. -СанктПетербург: Политехника, 2003. -233 с.
  • Маркеев А. П. Динамика твердого тела при наличии его соударений с твердой поверхностью//Нелинейная динамика. -2008. -Т. 4. -№ 1. -С. 1-38.
  • Бураго Н. Г., Кукуджанов В. Н. Обзор контактных алгоритмов//Известия Российской академии наук. Механика твердого тела. -2005. -№ 1. -С. 45-87.
  • Dobiás, J., S. Pták, Z. Dostál, D. Horák, R. Kučera and V. Vondrák. Semicoercive contact problems with large displacements by FETI domain decomposition method//European Congress on Computational Methods in Applied Sciences and Engineering ECCOMAS 2004. P. Neittaanmäki, T. Rossi, K. Majava, and O. Pironneau (eds.), R. Owen and M. Mikkola (assoc. eds.). Jyväskylä, 24-28 July 2004. -P. 1-12. http://eng.imamod.ru/~serge/arc/conf/ECCOMAS_2004/ECCOMAS_V1/proceedings/pdf/6.pdf [Cited 24 September 2013].
  • Li Y. et al. A contact analysis approach based on linear complementarity formulation using smoothed finite element methods//Engineering Analysis with Boundary Elements. -2013. -Т. 37. -№. 10. -С. 1244-1258.
  • Pfeiffer, F. On non-smooth multibody dynamics. Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers, Part K.//Journal of Multi-body Dynamics. -2012. -Т. 226(2). -C. 147-177.
  • Колесников Г. Н. Дискретные модели механических и биомеханических систем с односторонними связями. -Петрозаводск: Петрозаводский государственный университет, 2004. -202 с.
  • Колесников Г. Н., Раковская М. И. Энергетический критерий очередности перехода односторонних связей в действительное состояние//Обозрение прикладной и промышленной математики. -2006. -Т. 13. -С. 652.
  • Колесников Г. Н., Раковская М. И. Энергетический критерий очередности перехода односторонних связей в действительное состояние//Строительная физика в XXI веке: Материалы научно-технической конференции/Под. Ред. И. Л. Шубина. -М.: НИИСФ РААСН. -2006. -С. 606-608.
  • Ким Т. С., Яцура В. Г. Расчет систем с односторонними связями как задача о дополнительности//Строительная механика и расчет сооружений. -1989. -№ 3. -С. 4143.
  • Pfeiffer F., Glocker C. (2000). Contacts in multi-body systems.//Journal of Applied Mathematics and Mechanics. -2000. -Т. 64(5). -С. 773-782.
  • Zhu S. Q., Hao F., Gao H. T., Han Y. L. Numerical Simulation for Non-Smooth Contact Problem in Mechanical Systems//Applied Mechanics and Materials. -2013. -Т. 341. -С. 491-495.
  • Galvanetto U., Colombo A. (2013, January). Computation of the Basins of Attraction in Nonsmooth Dynamical Systems.//IUTAM Symposium on Nonlinear Dynamics for Advanced Technologies and Engineering Design (pp. 17-29). -Springer Netherlands.
  • Krabbenhoft K. et al. Granular contact dynamics using mathematical programming methods//Computers and Geotechnics. -2012. -Т. 43. -С. 165-176.
  • Никонова Ю. В., Раковская М. И. Методика определения жесткости балансов, результаты численных экспериментов и испытаний образцов//Resources and Technology. -2010. -№ 8. -С. 100-106.
  • Фиалко С. Ю. Прямые методы решения систем линейных уравнений в современных МКЭ комплексах. -М.: Издательство СКАД СОФТ. -2009. -161 с.
  • Бидерман В. Л. Теория механических колебаний: Учебник для вузов. -М.: Высшая школа, 1980. -408 с.
  • Бате К., Вилсон Е. Численные методы анализа и метод конечных элементов: Пер. с англ. -М.: Стройиздат, 1982. -447 с.
  • Зылев В. Б. Вычислительные методы в нелинейной механике конструкций. -М.: НИЦ «Инженер», 1999. -144 с.
  • Cottle R. W., Dantzig G. B. Complementary pivot theory of mathematical programming//Linear algebra and its applications. -1968. -Т. 1. -№. 1. -С. 103-125.
  • Murty, K. G. (1988). Linear complementarity, linear and nonlinear programming. -Berlin: Heldermann Verlag. -629 pp.
  • Csizmadia Z., Illés T. New criss-cross type algorithms for linear complementarity problems with sufficient matrices//Optimization Methods and Software. -2006. -Т. 21. -№. 2. -С. 247-266.
  • Lemke C. E. Bimatrix equilibrium points and mathematical programming//Management science. -1965. -Т. 11. -№. 7. -С. 681-689.
  • Elfoutayeni Y., Khaladi M. Using vector divisions in solving the linear complementarity problem//Journal of Computational and Applied Mathematics. -2012. -Т. 236. -№. 7. -С. 1919-1925. arXiv:1005.1417v1 [cs.RO] 9 May 2010 [Cited 24 September 2013].
  • Ловцов А. Д. Алгоритмы линейной задачи дополнительности в применении к расчету систем с односторонними связями//Тезисы докладов XX Междунар. конф. «Математическое моделирование в механике сплошных сред. Метод граничных и конечных элементов», 24-26 сент. 2003. СПб.-2003. -С. 128-129.
  • Kheirfam, B. 2013. A full-Newton step infeasible interior-point algorithm for linear complementarity problems based on a kernel function//Algorithmic Operations Research. -Т. 7(2). -103-110.
  • Попов Л. Д. Введение в теорию, методы и экономические приложения задач о дополнительности: Учебное пособие. -Екатеринбург: Издательство Уральского государственного университета, 2001. -124 с.
  • Cottle R. W., Dantzig G. B. A generalization of the linear complementarity problem//Journal of Combinatorial Theory. -1970. -Т. 8. -№. 1. -С. 79-90.
  • Втюрина, М. В., Жадан, В. Г. Барьерно-проективный метод с наискорейшим спуском для линейных задач дополнительности//Журнал вычислительной математики и математической физики. -2005. -Том 45. -№ 5. -С. 792-812.
  • Elfoutayeni Y., Khaladi M. A New Interior Point Method for Linear Complementarity Problem//Applied Mathematical Sciences. -2010. -Т. 4. -№. 66. -С. 3289-3306. http://www.mhikari.com/ams/ams-2010/ams-65-68-2010/elfoutayeniAMS65-68-2010.pdf [Cited 24 September 2013].
  • Долгачев М. В. Обзор алгоритмов линейной задачи дополнительности в применении к контактным задачам//Новые идеи нового века: материалы международной научной конференции ФАД ТОГУ = The new Ideas of New Century: The International Scientific Conference Proceedings of FAD PNU. -2006. -Т. 1. -С. 280-284.
  • Бахвалов, Н. С. Численные методы: Учебное пособие. -М.: Наука, 1993. -631 с.
  • Yang K., Li Y., Xia Y. A Parallel Method for Matrix Inversion Based on Gauss-Jordan Algorithm//Journal of Computational Information Systems. -2013. -. 9. №. 14. -С. 55615567.
  • Tasora, A., Anitescu, M. A complementarity-based rolling friction model for rigid contacts//Meccanica. -2013. -Т. 48(7). -С. 1643-1659.
  • Duchesne I., Nylinder M. Measurement of the bark/wood shear strength: practical methods to evaluate debarking resistance of Norway spruce and Scots pine pulpwood//Forest products journal. -1996. -Т. 46. -№ 11/12.-С. 57-62.
  • Hatton J. V. Debarking of frozen wood//Tappi journal. -1987. -T. 70(2) -C. 61-66.
  • Isokangas, A., Leiviskä, K. Optimization of wood losses in log debarking drum. Paperi ja puu. 2005. -Т. 87(5). -С. 324-328.
  • Kärhä K., Jylhä P., Laitila J. Integrated procurement of pulpwood and energy wood from early thinnings using whole-tree bundling//Biomass and Bioenergy. -2011. -Т. 35. -№ 8. -С. 3389-3396.
  • Lauri P., Kallio M., Schneider U. A. The future development of the use of wood in Russia and its potential impacts on the EU forest sector//Scandinavian Journal of Forest Research. -2013. -Т. 28. -№. 3. -С. 291-302.
  • Piggott R. R., Thompson R. A. Drum debarking: key factors for design and performance//Tappi Journal. -1987. -Т. 70. -№. 8. -С. 37-41.
  • Tamarozzi T., Ziegler P., Eberhard P., Desmet W. Static modes switching in gear contact simulation//Mechanism and Machine Theory. -2013. -Т. 63. -С. 89-106.
  • Шегельман И. Р., Колесников Г. Н., Васильев А. С., Никонова Ю. В. Моделирование технологического процесса очистки древесины в корообдирочном барабане с применением метода дискретных элементов//Известия Санкт-Петербургской лесотехнической академии. -2008. -№ 184. -С. 172-179.
  • Мазуркевич Е. О., Петрова Е. Г., Стрекаловский А. С. О численном решении линейной задачи дополнительности//Журнал вычислительной математики и математической физики. -2009. -Том 49. -№ 8. -С. 1385-1398.
Еще
Статья научная