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Adaptive Neural Network Fault-Tolerant Control of Continuum Robots Using Cosserat Rod Model
This research proposes an adaptive neural network fault-tolerant control strategy utilizing the Cosserat rod m...
Hongyun LiuWeidong LiuWen Tang
关键词:FAULT-TOLERANT
非线性软化Cosserat连续体模型及其在土体应变局部化有限元分析中的应用
2024年
完善了土体非线性应变软化公式,并将其引入到Cosserat连续体DP-MC屈服准则中,推导了本构方程积分的返回映射算法和弹塑性切线模量矩阵。利用有限元软件ABAQUS提供的用户自定义单元子程序接口(UEL)对考虑非线性软化的Cosserat连续体DP-MC本构模型进行了数值实现,并与平面应变试验进行了数值对比验证。结果表明,考虑非线性软化的Cossrrat连续体模型,能够有效克服经典有限元在分析土体由应变软化引起的应变局部化问题时病态的网格依赖性,同时,还能够在一定程度上反映土体剪切带内材料点旋转的细观效应。进一步地,通过对平面应变压缩算例的模拟发现软化系数ω和形状参数η均对土体强度有重要影响。
韦文成唐洪祥刘京茂邹德高
关键词:剪切带应变局部化
Finite Element Simulations on Failure Behaviors of Granular Materials with Microstructures Using a Micromechanics-Based Cosserat Elastoplastic Model
2024年
This paper presents a micromechanics-based Cosserat continuum model for microstructured granular materials.By utilizing this model,the macroscopic constitutive parameters of granular materials with different microstructures are expressed as sums of microstructural information.The microstructures under consideration can be classified into three categories:a medium-dense microstructure,a dense microstructure consisting of one-sized particles,and a dense microstructure consisting of two-sized particles.Subsequently,the Cosserat elastoplastic model,along with its finite element formulation,is derived using the extended Drucker-Prager yield criteria.To investigate failure behaviors,numerical simulations of granular materials with different microstructures are conducted using the ABAQUS User Element(UEL)interface.It demonstrates the capacity of the proposed model to simulate the phenomena of strain-softening and strain localization.The study investigates the influence of microscopic parameters,including contact stiffness parameters and characteristic length,on the failure behaviors of granularmaterials withmicrostructures.Additionally,the study examines themesh independence of the presented model and establishes its relationship with the characteristic length.A comparison is made between finite element simulations and discrete element simulations for a medium-dense microstructure,revealing a good agreement in results during the elastic stage.Somemacroscopic parameters describing plasticity are shown to be partially related to microscopic factors such as confining pressure and size of the representative volume element.
Chenxi XiuXihua Chu
关键词:MICROMECHANICSMICROSTRUCTURES
Cosserat Dynamic Modeling and Simulation of Mobile Cable on Satellite
2023年
Mainly for the problems that the configuration of the mobile cable on the satellite is very easy to change,the motion trajectory and dynamic characteristics of the cable can not be accu-rately predicted,which affects the laying quality seriously,the dynamic modeling and simulation of mobile cable on the satellite are carried out.On the basis of referring to the previous papers,the existing mathematical model is improved.The equations of the base vector of the cable section principal axis coordinate system with respect to the arc coordinate s,the distribution force of cable balance equation,the matrix expression of the base vector after the rotation motion transformation in the section principal axis coordinate system,the angular velocity of cable,the section elastic strain and velocity calculation equations are given,and the Cosserat dynamic modeling of the mobile cable is established.Finally,the dynamic simulation model of the mobile cable assembly of the kinematic mechanism is established,and the changes of the force and torque on the cable con-straint end are obtained,which provides a reference for the dynamic modeling and simulation of the mobile cable on satellite.
Ziquan WangJinzhu LiWeinan ChenXuefeng GaoYou LüLeijie ShenHaojie Chen
基于Cosserat力学理论的仿生机械臂建模
2023年
针对软体动物运动不确定性导致建模难度大的问题,基于Cosserat力学理论构建章鱼仿生机械臂运动学方程和动力学方程,分别采用数值法和Newton-Euler迭代法对方程进行求解,得到仿生机械臂的运动轨迹;搭建章鱼仿生机械臂实验平台进行验证。结果表明:章鱼仿生臂末端的运动误差与理论误差坐标相差7.2 mm,位移误差和速度误差逐步趋近于0。验证了模型及求解方法的可行性,为解决软体机械臂建模的不确定性提供新的参考。
陈明航杨晓英
关键词:运动学方程动力学模型
基于Cosserat理论的仿生鱼骨连续型机器人静力学分析被引量:1
2023年
连续型机器人具有良好的灵活性、柔顺性和人机安全性等优点,受生物鱼骨结构启发,提出了结构紧凑、质量轻、灵活性高的仿生鱼骨连续型机器人。但多节垂直交叉的刚柔软耦合结构模式使仿生鱼骨连续型机器人静力学的精确建模难度增加。本文基于Cosserat理论考虑了驱动绳索和弹性骨干的耦合作用对该机器人进行静力学分析,建立了仿生鱼骨连续型骨干的Cosserat-rod模型和驱动绳索的Cosserat-string模型以及二者的耦合模型,预测了一节仿生鱼骨单元以及垂直交叉串联布置的两节仿生鱼骨单元的变形规律。理论与实验结果相比,理论值误差在1.5 mm之内,为其长度的1.2%。本文为绳索驱动的刚柔软耦合连续型机器人的静力学建模提供了理论参考。
周盼姚建涛朱坤明张轩浩
关键词:静力学COSSERAT理论
岩土体大变形分析的Cosserat-粒子有限元法被引量:3
2023年
粒子有限元法(PFEM)既继承了有限元法坚实的数学基础,又具有模拟大变形、复杂边界问题的能力,在流固耦合、岩土工程领域有广泛的应用。但另一方面,岩土体在大变形过程中往往具有应变软化特性和应变局部化现象,为保持问题求解的适定性,需要在本构方程中引入正则化机制,采用Cosserat连续体理论是引入正则化机制有效方法之一。将PFEM计算方法与Cosserat连续体理论结合,发展了Cosserat-PFEM方法。与传统PFEM中使用三角形单元不同,提出的新方法将边界识别、网格划分相互独立进行,使得四边形等单元的使用成为可能,以提高数值求解的精度与克服三角形单元对应变局部化问题模拟的倾向性。算例表明,本文发展的Cosserat-PFEM方法及基于ABAQUS软件开发的程序是可靠和有效的,拓展了PFEM的应用范围,具有模拟大变形问题并保持问题适定性的能力,适用于大变形渐进破坏问题的模拟。
唐洪祥崔家铭张雪张磊刘乐天
关键词:大变形四边形单元
基于Cosserat模型和位置动力学的柔性线缆实时仿真
2023年
为提高基于Cosserat弹性杆模型的柔性线缆仿真精度和实时性要求,提出一种将Cosserat弹性杆模型和位置动力学结合的方法,采用Cosserat弹性杆模型描述线缆的形变特性,在经典PBD框架下加入线缆离散单元方向变量,将线缆离散Cosserat模型的拉伸-剪切和弯曲-扭转应变约束作为约束函数扩展到PBD框架中,以此来进行约束投影,实现线缆空间位姿的实时求解,并通过实例验证了该方法的可行性。
陈文强张丹朱锡生左敦稳
关键词:PBD
基于改进微梁理论的空间柔性机械臂建模方法被引量:3
2023年
针对传统Cosserat梁模型中运动学方程组变量冗余、并非独立及模型中材料模量设定方法不明确的问题,提出一种基于方向余弦阵的Cosserat梁运动学方程简化形式和一种基于多项式拟合的模量设定方法.改进后的建模方法不仅具有更高的模型求解效率,而且求解结果可以更加准确地反映超弹性材料属性.数学仿真及有限元分析验证结果表明:所提出的模量设定方法能够很好地反映柔性臂稳态弯曲形状,同时算法的求解时间得到了较为明显的减少.
乔鑫宇周文雅刘久钦高旭光
关键词:稳态分析模量多项式拟合
Dislocations in Cosserat Plates
2022年
This article provides the numerical modeling of the dislocations in the Cosserat elastic plates based on the Cosserat Plates Theory developed by the authors. The dislocation is modeled by a sequence of domains that converge to the point of the dislocation and by a residual force distributed around that point. The plate deformation caused by the dislocation is calculated using the Finite Element Method. We also discuss the effect of the dislocation on the cavities present in the Cosserat plates.
Roman KvasovLev Steinberg
关键词:DISLOCATION

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沈水龙
作品数:279被引量:669H指数:16
供职机构:上海交通大学
研究主题:施工方法 地面沉降 盾构隧道 搅拌桩 岩溶地层
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作品数:249被引量:758H指数:17
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研究主题:地面沉降 施工方法 地下水渗流 管节 顶管机
唐洪祥
作品数:49被引量:380H指数:9
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研究主题:应变局部化 有限元分析 有限元 土力学 有限元模拟
周伟
作品数:560被引量:2,879H指数:26
供职机构:武汉大学水利水电学院水工岩石力学教育部重点实验室
研究主题:堆石体 离散元 面板堆石坝 数值模拟 颗粒破碎