This paper investigates model-order reduction methods for geometrically nonlinear structures. The parametrisation method of invariant manifolds is used and adapted to the case of mechanical systems expressed in the physical basis, so that the technique is directly applicable to problems discretised by the finite element method. Two nonlinear mappings, respectively related to displacement and velocity, are introduced, and the link between the two is made explicit at arbitrary order of expansion. The same development is performed on the reduced-order dynamics which is computed at generic order following the different styles of parametrisation. More specifically, three different styles are introduced and commented: the graph style, the complex normal form style and the real normal form style. These developments allow making better connections with earlier works using these parametrisation methods. The technique is then applied to three different examples. A clamped-clamped arch with increasing curvature is first used to show an example of a system with a softening behaviour turning to hardening at larger amplitudes, which can be replicated with a single mode reduction. Secondly, the case of a cantilever beam is investigated. It is shown that the invariant manifold of the first mode shows a folding point at large amplitudes which is not connected to an internal resonance. This exemplifies the failure of the graph style due to the folding point, whereas the normal form style is able to pass over the folding. Finally, A MEMS micromirror undergoing large rotations is used to show the importance of using high-order expansions on an industrial example.


翻译:本文调查了几何非线性结构的模型- 减少顺序方法。 使用并调整了静态元件的平衡法, 以适应物理基体显示的机械系统的情况, 使该技术直接适用于使用定点元件方法分离的问题。 引入了两种与移位和速度分别相关的非线性绘图, 并按任意的扩展顺序将两者间的联系明确化。 同样的动态是在根据不同对称风格的普通顺序下计算的减序动态上进行的。 更具体地说, 引入和评论了三种不同的样式: 图形样式、 复杂的正常形式样式和真正的正常形式样式。 这些发展使得该技术能够与使用这些定点法方法分离的早期工作建立更好的联系。 然后, 该技术被应用到三个不同的示例。 使用一个带有不断增大的曲度的固定形形形形形形来显示一个系统的例子, 以较软的动作转换为更硬的缩度, 并且可以复制一个单一模式的缩式。 其次, 一个 Cablefilforty 格式的例子, 将显示一个普通的正态到一个大的正态, 。 将显示一个普通的正态, 的正态, 将显示一个正折式的正折式 。 。

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