虚拟吊装训练系统中柔性吊索建模方法研究

在虚拟吊装训练系统中,为了进行柔性吊索的动态实时模拟,提出了一种基于改进弹簧-质点模型的虚拟吊索建模方法。通过定义非线性弹簧,增强了吊索运动过程中的物理真实性。利用物理跟几何相互融合的方式进行建模,并采用将发生碰撞的吊索质点退回到上一时刻位置的方式,来进行虚拟吊索的快速碰撞处理。利用此方法对虚拟吊装系统中的柔性吊索进行建模仿真,不仅能够满足柔性吊索物理与几何的真实性,还能够达到吊装系统的实时性要求。     

简化质点弹簧模型在牙龈变形仿真中的应用

在分析常用建模方法的基础上,采用简化质点弹簧系统的物理建模技术,研究了简化质点弹簧系统的动力学方程及方程组的求解.根据STL文件牙齿模型的特点给出了简化质点弹簧系统的数据结构,并通过渗透深度来控制计算量和准确度.实验表明,该变形模型能实时计算描述动态变形过程,达到了较好的仿真显示效果.     

一种改进的质点-弹簧织物建模与仿真

分析了织物的拉伸性质、剪切性质及弯曲性质等物理特性,根据织物拉伸形变过程中受力与形变程度关系的非线性特征,提出了改进的质点-弹簧织物模型,使弹性系数分段线性化,有效解决织物仿真中超弹性的问题,提高了织物仿真的真实感.     

软组织非线性物理建模及其参数测定

对现有虚拟手术中人体软组织建模方法进行了分析,针对目前软组织建模真实性还有待提高的问题,提出了一种新的软组织建模方法.首先,在引入体弹簧质点模型的基础上,利用生物力学方法建立了适合软组织力学仿真的模型.然后通过非线性超弹性应变能方程对弹簧力建模,并根据真实肝脏软组织物理特性的测量结果求解模型参数,得到基于物理特性的软组织模型.通过实验验证,该方法在提升虚拟手术触觉沉浸感方面具有可行性和有效性.     

压力容器有限元计算中的整体建模方法研究

在压力容器有限元计算中,通常仅针对所关心局部区域进行建模;但局部建模将带来边界条件难以确定的问题。针对一受内压作用的过热器强度计算问题,提出一种实体单元/壳单元混合建模的整体建模方法。对较厚区域,关注的局部区域及结构不连续区域采用实体单元建模;其余薄壁结构用壳单元建模。通过改变实体单元/壳单元连接位置,建立不同的计算模型。计算结果和实测结果比较表明:通过合理选择壳单元和实体单元连接位置,该整体建模方法所得计算应力能与实测应力较好吻合。既避免了局部建模边界条件难以确定的问题,又达到了减小整体模型计算规模,同时保证局部计算精度的目的,为类似的工程问题提供了参考。     

空间实体碰撞预报算法及其自适应步长设计

为避免空间飞行实体碰撞漏报并提高计算效率,提出了通用性的基于仿真的多空间飞行实体碰撞预报方法。采用自适应调整仿真计算步长,给出了相应算法,并通过典型算例验证了其正确性和有效性。     

钢筋混凝土双曲拱桥计算模型修正方法

分别用实体单元和梁杆单元建立双曲拱桥有限元模型(FEM),对其进行静动力的分析,并将得到的挠度、固有频率、振型等与现场实测结果进行比较.结果表明:梁杆单元模型的计算结果精度要略差于实体单元模型,但计算效率大大高于实体单元模型;对梁杆单元模型进行合理的模型修正,可以使其静动力特性更加符合实际,计算结果与实测结果的误差由原先的24.6%降低至8.33%以内.研究结果可为钢筋混凝土双曲拱桥的建模方法、模型修正和科学计算提供依据.     

线性化改进物质点法的颗粒流仿真

作为一种新近发展出的无网格法,物质点法综合了基于网格方法的准确性与计算效率,以及无网格法对多种极端情境的适应性,因此该方法对采取连续介质模型的颗粒流数值计算等大变形问题十分有效。为提高物质点法对于颗粒流的计算效率,本文对物质点法进行了线性化改进并基于改进算法给出了若干算例。以物质点法的背景网格的结构化特点以及Courant-Friedrichs-Lewy(CFL)条件为基础,改进了自然坐标系到整体坐标系的求解过程,并使用改进的物质点法对颗粒流的颗粒堆坍塌、筒仓排出以及曲面上颗粒流对半球体的碰撞等算例进行了计算。在计算精度损失较小的情况下,提高了物质点法求解颗粒流问题的效率,验证了此改进方法的有效性与稳定性。     

民族特需品数字化展示中的水面模拟方法——基于质点弹簧模型

提出了一种基于质点弹簧模型的快速可交互的实时水面模拟方法。使用虚拟弹簧按照四边形连接规则将组成水面几何结构的点连接起来;为模拟质点间相对运动引起的阻力,引入内摩擦系数和速度衰减系数,水面的受力运动模型中质点的运动规律遵循质点弹簧运动规律;水面渲染时,借助Cg着色语言实现水面的反射和折射;通过简化物理碰撞规则,实现了对雨滴与水面交互的加速处理。实验表明,交互时帧率达到60fps,且真实感强,可以明显提高民族特需品的数字化展示效果。     

基于细分优化方法的织物模拟

提出一种基于插值细分造型的织物模拟算法.通过对织物物理和几何属性分析,构造出一个带约束的几何模型,在改进的四点插值细分造型基础上,通过动态细分网格并结合曲面优化调整以达到高效模拟柔性织物自然行为的目的.克服了以往仿真方法中求解物理模型复杂、模拟过程难以控制的缺陷,简化了计算模型,提高了计算效率.最后,以织物模拟为例说明该算法的实现.