A quantitative assessment of the model form error of friction models across different interface representations for jointed structures
A quantitative assessment of the model form error of friction models across different interface representations for jointed structures
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关节结构不同界面表示的摩擦模型模型形状误差的定量评估
DOI：
10.1016/j.ymssp.2021.108163
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发表时间：
2022
影响因子：
8.4
通讯作者：
Brake, Matthew R.W.
中科院分区：
文献类型：
--
作者：
Porter, Justin H.;Balaji, Nidish Narayanaa;Little, Clayton R.;Brake, Matthew R.W.
迟滞模型广泛用于模拟关节中的摩擦相互作用，以重现实验行为。然而，尚不清楚哪些模型最适合拟合或预测结构的响应。本研究评估了 26 种摩擦模型/界面表示组合，以量化模型形状误差。采用准静态模态分析方法（称为瑞利商非线性模态分析）来计算非线性系统响应，并求解多目标优化以拟合 Brake-Reuß 梁第一模态的实验数据。将第一模式的优化参数应用于第二和第三弯曲模式，以量化模型的预测能力。考虑了跟踪完整磁滞回线和从单个负载曲线重新创建磁滞回线（Masing 假设）的公式。应用于五块表示的平滑变化模型显示出最高的灵活性（对于拟合模式 1）和良好的预测潜力（对于模式 2 和 3）。对于第二个公式，它使用 152 个摩擦元件来表示界面，与库仑滑移模型（弹性干摩擦）串联的物理激励弹簧对于拟合模式 1 具有较高的误差，并且在预测更高模式时表现接近中间。对于这两种界面表示，最适合的模型不是最物理的，而是具有最多参数的模型（正如预期的那样）；然而，物理模型越多，在预测高级模态方面表现得越好。
Hysteretic models are widely used to model frictional interactions in joints to recreate experimental behavior. However, it is unclear which models are best suited for fitting or predicting the responses of structures. The present study evaluates 26 friction model/interface representation combinations to quantify the model form error. A Quasi-Static Modal Analysis approach (termed Rayleigh Quotient Nonlinear Modal Analysis) is adopted to calculate the nonlinear system response, and a Multi-Objective Optimization is solved to fit experimental data of the first mode of the Brake-Reuß Beam. Optimized parameters from the first mode are applied to the second and third bending modes to quantify the predictive ability of the models. Formulations for both tracing full hysteresis loops and recreating hysteresis loops from a single loading curve (Masing assumptions) are considered. Smoothly varying models applied to a five patch representation showed the highest flexibility (for fitting mode 1) and good predictive potential (for modes 2 and 3). For a second formulation, which uses 152 frictional elements to represent the interface, the physically motivated spring in series with a Coulomb slip model (elastic dry friction) has high error for fitting mode 1 and performs near the middle for predicting higher modes. For both interface representation, the best fit models are not the most physical, but rather the ones with the most parameters (as expected); however, the more physical models perform somewhat better for predicting the higher modes.
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