[發(fā)明專利]一種超彈性材料的快速仿真方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201810861812.3
• 申請(qǐng)日: 2018-08-01
• 公開（公告）號(hào): CN109002630B
• 公開（公告）日: 2023-06-06
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 徐力有;何小偉;陳偉;李勝;汪國平
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 北京大學(xué);中國科學(xué)院軟件研究所
• 主分類號(hào): G06F30/20
• 分類號(hào): G06F30/20;G06F119/14
• 代理公司: 北京君尚知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11200
• 代理人: 司立彬

1.一種超彈性材料的快速仿真方法，其步驟為：

1)對(duì)待仿真的三維模型進(jìn)行均勻離散，并計(jì)算每個(gè)離散點(diǎn)的狀態(tài)信息；

2)設(shè)定離散點(diǎn)的鄰域半徑d，構(gòu)建每一離散點(diǎn)的鄰域連接關(guān)系；

3)根據(jù)待仿真的超彈性材料設(shè)置非線性函數(shù)、各向異性函數(shù)以及相關(guān)材料參數(shù)，確定待仿真的三維模型的材質(zhì)本構(gòu)模型；其中，所述材質(zhì)本構(gòu)模型為其中，W是離散點(diǎn)x處的形變內(nèi)能密度，θ表示離散點(diǎn)x所處鄰域體積變化，τ表示離散點(diǎn)x鄰域內(nèi)其它點(diǎn)與中心點(diǎn)x所連鍵的長度變化，a,b為常量系數(shù)，是以離散點(diǎn)x為中心點(diǎn)的鄰域，w表示鄰域內(nèi)所有離散點(diǎn)的權(quán)值，G表示鄰域內(nèi)所有離散點(diǎn)的各向異性量，g、h為非線性函數(shù)，dV_ξ為離散點(diǎn)x的體積，τξ、wξ、Gξ代表τ、w、G在離散點(diǎn)x處的場(chǎng)在離散點(diǎn)ξ處的取值；

4)依據(jù)所述材質(zhì)本構(gòu)模型和離散點(diǎn)存儲(chǔ)的當(dāng)前狀態(tài)計(jì)算形變內(nèi)能和對(duì)應(yīng)產(chǎn)生的內(nèi)力并施加在離散點(diǎn)上；

5)對(duì)施加內(nèi)力的離散點(diǎn)施加外力、摩擦力和彎曲防翻轉(zhuǎn)力；然后求解下一個(gè)時(shí)刻離散點(diǎn)的位置和速度；

6)對(duì)步驟5)處理后的離散點(diǎn)進(jìn)行碰撞檢測(cè)與碰撞響應(yīng)，調(diào)整離散點(diǎn)的位置和速度；

7)重復(fù)步驟4)～6)，直到仿真結(jié)束。

2.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，Gξ是任意三元函數(shù)，輸入是一個(gè)三元向量代表的單位向量，輸出是一個(gè)正實(shí)數(shù)，且滿足方向?qū)ε夹裕捶较蛲耆喾吹膯挝幌蛄慨a(chǎn)生同樣的權(quán)重值。

3.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，wξ是一個(gè)只和初始鍵長有關(guān)的權(quán)重函數(shù)，其可以是任意的一元函數(shù)，其滿足值域?yàn)檎龑?shí)數(shù)并且是經(jīng)過歸一化處理。

4.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述步驟5)中，利用數(shù)值積分求解下一個(gè)時(shí)刻離散點(diǎn)的位置和速度。

5.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，計(jì)算施加的所述彎曲防翻轉(zhuǎn)力的方法為：利用鄰域內(nèi)的點(diǎn)的初始坐標(biāo)和形變后坐標(biāo)估計(jì)一個(gè)仿射變換矩陣代表該鄰域的綜合形變情況；的行列式如果是負(fù)數(shù)，即鄰域發(fā)生了翻轉(zhuǎn)，則將的前兩行交換位置從而使其行列式重新變?yōu)檎龜?shù)；通過在初始鍵向量上得到估算的形變后的未彎曲鍵向量，利用形變后鍵向量減去估算的形變后的未彎曲鍵向量所得的值作為鍵的彎曲量，然后構(gòu)建基于彎曲量的彎曲能量，從而計(jì)算出彎曲防翻轉(zhuǎn)力的大小。

6.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述狀態(tài)信息包括體積、質(zhì)量；所述相關(guān)材料參數(shù)包括楊氏模量、泊松比。

7.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述形變內(nèi)能包括靜壓力內(nèi)能和各向異性內(nèi)能。