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Real-time structural mechanics simulation for tetrahedral meshes with dynamic topology

 
: Silva, Joao
: Peña Serna, Sebastian

Braga, 2009, 57 pp.
Braga, Univ., Master Thesis, 2009
English
Master Thesis
Fraunhofer IGD ()
realtime simulation; mesh modification; embodiment design; Linear systems

Abstract
The simulation of meshes with dynamic geometry and topology (also known as dynamic meshes) is a new and unexplored field. Recently, motivated by the challenge of developing multidisciplinary solutions for exploring design variations, such as to simultaneously design and engineer products, the scientific community has started taking interest in dynamic meshes. The traditional simulation procedure for meshes with constant topology builds a system of equations which then is solved to reveal the solution of the studied problem. The first approaches to dynamic mesh simulation reuse this procedure as many times as the number of topological changes suffered by the simulated object.
In this thesis, a new approach to the simulation of dynamic meshes is presented. This methodology is different from the previous developed approaches as it avoids the systematic rebuilds of the system of equations. Instead, a methodology was developed that quickly and locally revalidates the system so that it always represents the current state of the dynamic mesh. Tests comparing the performance of the presented methodology with the previous approaches, show a significant reduction in the simulation time, achieving real-time performance for meshes with higher complexity.

 

A simulação de malhas com geometria e topologia dinâmicas (também apelidadas de malhas dinâmicas) é um campo novo e pouco explorado. Recentemente, a comunidade científica começou a mostrar interesse na simulação destas malhas. Este interesse é especialmente motivado pelo desafio de desenvolver soluções multidisciplinares para a exploração de variações de design, tais como permitir que o desenho e a análise a nível da engenharia de um produto sejam efectuados em simultâneo. O processo tradicional para a simulação de malhas com topologia constante constrói um sistema de equações que é depois resolvido para revelar a solução do problema estudado. As primeiras abordagens à simulação de malhas dinâmicas reutilizam este processo tantas vezes quanto o número de alterações topológicas sofridas pelo objecto em estudo.
Esta tese apresenta uma nova abordagem à simulação de malhas dinâmicas. A nova metodologia é diferente das abordagens anteriores na medida em que esta evita a reconstrução sistemática do sistema de equações. Um algoritmo foi desenvolvido para rapidamente e localmente revalida o sistema, de forma a que este represente sempre o estado actual da malha dinâmica. Os resultados dos testes comparando a performance da metodologia proposta com as abordagens anteriores mostram uma redução significativa no tempo de simulação, alcançando performance em tempo real para malhas com maior complexidade.

: http://publica.fraunhofer.de/documents/N-113480.html