【优博微展2018】刘佳鹏：梁-管道及齿轮系统动力学的ALE快速求解算法及分析

刘佳鹏：2018年清华大学优秀博士学位论文一等奖获得者

梁-管道及齿轮系统动力学的ALE快速求解算法及分析

An Efficient Algorithm For The Dynamic Simulation Of Beam-tube Contacts And Gear Meshing Based On ALE Formulation

作　　者：刘佳鹏         

指导教师：任革学

培养院系：航天航空学院

学       科：航空宇航科学与技术

读博感言：没有一件事是容易的

研究背景/选题意义/研究价值

移动接触问题一般计算规模大，仿真效率低，为实现工业应用，需提高计算效率。

主要研究内容

基于ALE方法的(a) 梁-管道及(b) 齿轮系统接触建模，(c)杆在圆管中的受约束屈曲问题。

科学问题及创新点

1. 提出几何精确梁的ALE描述单元及其与管道的专用接触检测算法，通过仅在弯管道处布置密网格，大幅降低了系统自由度，在保证精度的同时提高了计算效率。

2. 提出齿轮ALE描述的低频逼近模型，通过仅保留啮合齿面的约束模态、略去变形导致的惯性力、简化动力学方程与Jacobian 矩阵的计算，在保证精度的同时大幅降低了计算规模。

3. 提出一个可分析约束在圆管中单轴受压杆件后屈曲过程的理论模型，给出了正弦后屈曲过程杆压缩刚度的解析表达式以及螺旋屈曲卸载中螺旋-正弦转捩过程的力-位移曲线，揭示了转捩过程的多屈曲模式及其能量机制。

代表性学术发表

1. Jia-Peng Liu, Xuan-Bo Shu, Hiroyuki Kanazawa, Kengo Imaoka, Aki Mikkola, Ge-Xue Ren, A model order reduction method for the simulation of gear contacts based on Arbitrary Lagrangian Eulerian formulation, Computer Methods in Applied Mechanics and Engineering, 338, 68-96, (2018).

2. Jia-Peng Liu, Zai-Bin Cheng, Ge-Xue Ren, An Arbitrary Lagrangian Eulerian formulation of geometrically exact Timoshenko beam running through tube, Acta Mechanica, in press, (2018).

3. Jia-Peng Liu, Xiao-Yu Zhong, Zai-Bin Cheng, Xi-Qiao Feng, Ge-Xue Ren, Post-buckling analysis of a rod confined in a cylindrical tube, 2018, Journal of Applied Mechanics, 85(7), (2018).

作者：刘佳鹏

供图：刘佳鹏

编辑：清华大学研究生院  周明坤  李文

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