Comparison among nonlinear optimization methods for the static equilibrium analysis of multibody systems with rigid and elastic elements

The present paper describes a set of procedures for the solution of the nonlinear static-equilibrium problem in complex multibody mechanical systems, including rigid and elastic elements. The error function is a simple one based on the potential function, which includes rigid elements by means of nonlinear constraints. To this end Lagrange Multipliers, along with various versions of the Augmented Lagrange Multipliers (ALM) or Primal–Dual Method are used, comparisons are made between them. A Newton–Raphson second-order method is used in seeking function minima for equilibrium positions. This procedure is also directly useful for other mechanism position problems, such as initial position, finite displacements, and deformed position, as well as direct and inverse problems. Résumé Cet article décrit un ensemble de procédures pour la resolución du problème d’équilibre statique non linéaire des systèmes multicorps complexes, incluyant des éléments rigides et élastiques. La fonction erreur est simple et se base sur la fonction potentielle, et inclut des éléments rigides à travers des restrictions non linéaires. Pour cela, on utilise les multiplicateurs de Lagrange en plus des diverses versions des multiplicateurs de Lagrange Augmentés (ALM) ou de la Méthode Premier–Dual (PDM), en les comparant entre eux. Une méthode de Newton–Raphson de second ordre s’utilise pour localiser les minimums de la fonction pour les positions d’équilibre. Cette procédure s’utilise aussi directement pour d’autres problèmes de position de mécanismes, comme le sont la position iniciale, les déplacements finis, et la position déformée, aussi bien pour les problèmes directe qu’inverse.