嘗試為有限元模擬加入場的控制

2022-07-31 14:18:16 字數 832 閱讀 9891

現在嘗試用maya場去影響有限元模擬,這樣就可以利用maya現有的變形功能,創造出更豐富的效果。

初步的想法收到example-based elastic materials的啟發,利用場給每個節點施加額外的力。

但是這樣會導致乙個問題。

原來的優化模型中,彈力、慣性力都是保守力,也就是說,這些力做功與路徑無關,於是它們各自對應乙個能量。彈力對應的是彈性勢能,慣性力也有對應的能量形式。整個演算法框架就是力圖最小化這個能量。

現在引入場之後,並不保證引入的場是保守的,例如阻尼場就並不是保守的。於是,整個系統的能量不能簡單寫成位置的函式,而是包含對路徑的積分。

引入場之後某時刻系統總能量增量

de = (fe + fi + ff + fc) * dx

其中fe是彈力,fi是慣性力,ff是場力,fc是約束反力

fc * dx = 0,假定約束為理想約束

fe * dx = dwe = we(x1) - we(x0),給定本構模型,彈性勢能we便有封閉形式

fi * dx = -ma * dx

ff * dx = dwf 但是不能寫成wf(x1) - wf(x0)的形式,因為場不一定能夠寫成勢能形式

但是,dwf = 總是可以通過ff * dx求得。

從另乙個角度看,雖然就某個場的定義形式來看,其未必是保守的;但是,我認為,對於具體的某一時刻的運動,可以用乙個保守場去等效。例如對於在阻尼場中運動的乙個粒子,其t時刻的受力便取決於此時它的速度,速度一旦給定,力便隨之給定。阻尼力在此時做的功dwf = ff * dx 便與乙個方向與此相同的均勻力場(力處處相同)一樣。於是,可以用此力場替代之。

來自為知筆記(wiz)

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