FEM para Animación de Deformaciones

Documentos relacionados
FEM para Mecánica 3D. Miguel Ángel Otaduy. Animación Avanzada 7 de Marzo de 2014

Restricciones (Constraints)

Universidad Rey Juan Carlos Facultad de CC. Jurídicas y Sociales (Campus de Vicálvaro)

20 Dinámica + elementos finitos (caso lineal) Diego Andrés Alvarez Marín Profesor Asistente Universidad Nacional de Colombia Sede Manizales

Capítulo 3 El Método de los Elementos de Contorno y la Formulación Hipersingular.

Cinemática: parte de la Física que estudia el movimiento de los cuerpos.

Objetivos formativos de Álgebra

Máster Universitario en Ingeniería de las Estructuras, Cimentaciones y Materiales UNIVERSIDAD POLITÉCNICA DE MADRID ANÁLISIS DINÁMICO DE ESTRUCTURAS

Matemáticas I Grado de Administración y Dirección de Empresas Examen de Febrero Curso 2011/ ?

UNIVERSIDAD DE ANTIOQUIA FACULTAD DE CIENCIAS EXACTAS Y NATURALES PREGRADO EN MATEMÁTICAS

Mecánica de sólidos Sesión 23. Flujo viscoso, medición de la viscosidad

Modelización por medio de sistemas

BIOMECÁNICA MEJOR DESEMPEÑO

ANÁLISIS ESTRUCTURAL DE POLEA TENSORA DM800x

I.PROGRAMA DE ESTUDIOS. Unidad 1. Conceptos básicos de la teoría de las estructuras

08 Losas delgadas Teoría de Kirchhoff. Diego Andrés Alvarez Marín Profesor Asistente Universidad Nacional de Colombia Sede Manizales

20 Dinámica + elementos finitos (caso lineal) Diego Andrés Alvarez Marín Profesor Asociado Universidad Nacional de Colombia Sede Manizales

Guía Docente 2013/2014

ANÁLISIS DE RECIPIENTES DE PRESIÓN BOBINADOS

6 DINAMICA DEL CUERPO RIGIDO

CÁLCULO DIFERENCIAL E INTEGRAL I Programa para la Licenciatura en Física

Carrera: Ingeniería Química. Asignatura: Cálculo Multivariable. Área del Conocimiento: Ciencias Basicas

LISTA DE SÍMBOLOS. Capítulo 2 EJEMPLOS Y TEORIA DE LAS VIBRACIONES PARAMÉTRICAS 2.1 Introducción T - Periodo Ω - Frecuencia a- parámetro b- parámetro

Resolución numérica de Ecuaciones en Derivadas Parciales (EDP) con Elementos Finitos usando FreeFem++

INTRODUCCIÓN A LA AEROELASTICIDAD

GUIA DOCENTE DE LA ASIGNATURA ANIMACIÓN AVANZADA DEL MASTER EN INFORMÁTICA GRÁFICA, JUEGOS Y REALIDAD VIRTUAL

Programa Oficial de Asignatura. Ficha Técnica. Presentación. Competencias y/o resultados del aprendizaje. Contenidos Didácticos

Mecánica de Fluidos. Análisis Diferencial

UNIVERSIDAD DE LOS LLANOS Facultad de Ciencias Básicas e Ingeniería Programa Ingeniería de Sistemas

MOMENTO DE INERCIA 1. I OBJETIVO: Determinar el momento de inercia de un cuerpo usando un método dinámico

POLÍMEROS. Naturales (biológicos) Proteínas, ácidos nucleicos (ADN), polisacáridos. Sintéticos Plásticos, fibras, resinas, gomas, caucho,

Aula Virtual Análisis de Circuitos D.C. Facultad Tecnológica Universidad Distrital Francisco José de Caldas.

Dinámica del Robot. UCR ECCI CI-2657 Robótica Prof. M.Sc. Kryscia Daviana Ramírez Benavides

III. Análisis de marcos

Dinámica. Carrera: EMM Participantes Representante de las academias de ingeniería Electromecánica de los Institutos Tecnológicos.

Dinámica. Carrera: MTM Participantes Representante de las academias de ingeniería Mecatrónica de los Institutos Tecnológicos.

CONTENIDO OBJETIVOS TEMÁTICOS HABILIDADES ESPECIFICAS

9 Geodinamos numéricos. p. 1

f x = 0 f y = 6 kp=cm 3 f z = 17 kp=cm 3

CIRCUITOS ELÉCTRICOS. Temas:

Universidad Central Del Este U C E Facultad de Ciencias y Humanidades Escuela de Pedagogía Mención Ciencias Físicas y Matemática

a) La ecuación del plano que pasa por el punto ( 1, 1, 0 ). (3 puntos) b) La ecuación del plano que es paralelo a la recta r.

Introducción al cálculo numérico. Método de Euler

Chapter 1. Fuerzas. Por ejemplo: Si empujas una nevera, al empujarla se ejerce una fuerza. Esta fuerza se representa así:

Examen de TEORIA DE MAQUINAS Junio 07 Nombre...

Teoría General del Método de los Elementos Finitos

Facultad de Ciencias Experimentales Universidad de Almería PRÁCTICA 1

TEMA 5: INTERPOLACION NUMERICA

Ingeniería. Instrumentos de Procesos Industriales. Instrumentos de medición de presión. Introducción

» Ecuación del movimiento libre de un grado de libertad amortiguado: ED lineal de 2º orden homogénea cuya solución es de la forma:

INTRODUCCIÓN A GiD, EL PRE- POSTPROCESADOR PERSONAL

Nombre de la asignatura: Carrera: Clave de la asignatura: Participantes

2015, Año del Generalísimo José María Morelos y Pavón

Métodos Numéricos. DOMINIO DEL PERFIL DE EGRESO RELACIONADO CON LA ASIGNATURA: Modelamiento de Procesos Decisionales

PROGRAMA DE CURSO. Código Nombre MA2601 Ecuaciones Diferenciales Ordinarias. Nombre en Inglés Ordinary Differential Equations SCT ,0 2,0 5,0

Presentación del curso

PROGRAMA INSTRUCCIONAL

ε = = d σ (2) I. INTRODUCCIÓN

UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA - UNAD

Departamento de Mecánica de Medios Continuos y Teoría de Estructuras. Ingeniería Estructural. Introducción

PROGRAMA INSTRUCCIONAL ÁLGEBRA LINEAL

CAPÍTULO 4: ENSAYOS DE VALIDACIÓN MECÁNICA (CAE)

CONTENIDO DINÁMICA DE LA PARTÍCULA. Conceptos fundamentales: masa y fuerza. Leyes de Newton

Resolución numérica de sistemas de ecuaciones. Introducción

Estatica. Carrera: Participantes Academia de Ing. Civil del ITN. Asignaturas Temas Asignaturas Temas Resistencia de Materiales.

1.1 CONCEPTOS BÁSICOS DE LA TEORÍA DE ESTADO LÍMITE Y TRABAJO PREVIO.

TEMAS 6 Y 7 RECTAS Y PLANOS EN EL ESPACIO

PROGRAMA DETALLADO DE LA ASIGNATURA MATEMÁTICA III (transición)

Universidad de Guanajuato Tronco Común de Ingenierías

Aplicación de Modelos Matemáticos en el Tratamiento de Imágenes de Ultrasonido

DIVISIÓN DE CIENCIAS BÁSICAS DEPARTAMENTO DE MATEMÁTICAS PROGRAMA DE ASIGNATURA

Asignaturas antecedentes y subsecuentes Análisis Numérico II

Modelo de Evolución Costera

Representación en el espacio de estado. Sistemas Control Embebidos e Instrumentación Electrónica UNIVERSIDAD EAFIT

INSTITUCION EDUCATIVA PREBITERO JUAN J ESCOBAR

Métodos Numéricos II Página 1 de 5. Programa de: Código: 6440

Momento angular o cinético

Péndulo de torsión y momentos de inercia

INDICE 1. Desigualdades 2. Relaciones, Funciones, Graficas 3. La Línea Recta 4. Introducción al Cálculo. Límites

PROGRAMA INSTRUCCIONAL

Guia N 6 - Primer cuatrimestre de 2007 Sólidos rígidos planos. Energía potencial y mecánica.

ECUACIÓN DE CAUCHY-EULER 2013

Aplicación de la dinámica de los fluidos computacionales a fluidos Newtonianos de viscosidad constante, incompresibles, isotrópicos en régimen laminar

ACM - Álgebra y Cálculo Multivariable

Universidad Nacional Autónoma de Honduras Facultad de Ciencias Escuela de Física. Planificación FS-100 (II 2014)

e+ 2 Fay* Límites de una función Teoremas de los límites de funciones Límites unilaterales Límites infinitos 105

ASIGNATURA DE MODELADO DE SISTEMAS DE ENERGÍAS RENOVABLES

INDICE Capitulo Primero. Número. Variable. Función Capitulo II. Límite y Continuidad de las Funciones Capitulo III. Derivada y Diferencial

PRACTICA 5: ANALISIS ESTRUCTRUAL (FEM)

convección (4.1) 4.1. fundamentos de la convección Planteamiento de un problema de convección

VIBRACIÓN LONGITUDINAL DE UNA BARRA ESBELTA LIBRE. MÉTODO DE RITZ SIN Y CON CONDICIONES DE CONTORNO

Algebra lineal de dimensión finita

EXAMEN PARCIAL I

Universidad Central Del Este UCE Facultad de Ciencias de la Salud Escuela de Bioanálisis

DINÁMICA. Son toda acción capaz de modificar el estado de movimiento del cuerpo (efecto dinámico) o producir deformaciones (efecto elástico).

1. Modelos Matemáticos y Experimentales 1

Ideas para proyectos finales

Método de diferencias finitas para ecuaciones diferenciales parciales elípticas. (Parte II)

ANALISIS DE FALLAS ESTRUCTURALES EN UNA LM 148. La Armada de Chile decidió durante el año 2001, y luego de un proceso que se inició en el

TÉCNICO SUPERIOR UNIVERSITARIO EN ENERGÍAS RENOVABLES ÁREA ENERGÍA SOLAR EN COMPETENCIAS PROFESIONALES ASIGNATURA DE FÍSICA

Transcripción:

FEM para Animación de Deformaciones Miguel Ángel Otaduy Animación Avanzada 13 de Marzo de 2014

Índice Repaso Hoy Ec. de elasticidad en 3D Ritz-Galerkin en 3D Problema FEM estático Dinámica Simulación de grandes deformaciones Plasticidad Fractura

Elasticidad + Dinámica Formulación fuerte: problema estático. Formulación fuerte: problema dinámico. Se añade la fuerza de inercia. Densidad El resultado es la 2ª ley de Newton en el continuo.

Ecuación Dinámica Al aplicar el método de Galerkin, el término de inercia se integra en los elementos. Otra opción: concentrar la masa en los nodos (mass lumping), dando lugar a una matriz diagonal. La masa de los nodos se puede calcular repartiendo la masa de cada tetraedro entre sus nodos.

Amortiguamiento Se podría modelar mediante una fuerza en el continuo, dependiente de la derivada de la deformación (strain rate). Da lugar a una matriz de amortiguamiento. Es habitual aplicar un modelo concentrado en los nodos y aristas (amortiguamiento de Rayleigh): El amortiguamiento de Rayleigh tiene una parte que corresponde con velocidades de nodos, y una parte que corresponde con velocidades relativas.

Integración Numérica Se puede aplicar cualquiera de los métodos de integración usados con masa-muelle. Euler explícito. Las fuerzas elásticas se evalúan en función de las deformaciones del paso previo. Euler implícito. Se ha de resolver un sistema lineal. La matriz del sistema es dispersa, simétrica y definida positiva. Se puede resolver por gradiente conjugado, factorización de Cholesky

Ventajas de FEM Las características del material vienen definidas por propiedades locales (módulo de Young, coeficiente de Poisson) La solución es independiente del mallado (Suponiendo suficiente resolución).

Grandes Deformaciones Opción 1: Usar el tensor de deformación de Green. Material lineal con tensor de Green: Modelo de St. Venant Kirchhoff (StVK). Requiere linealizar, lo cual puede dar problemas cuando los tetraedros están muy deformados. P.ej., es incorrecto ante tetraedros invertidos.

Grandes Deformaciones Opción 2: Elasticidad co-rotacional. Medir la deformación en el sistema de referencia local rotado. Se ha de extraer el movimiento de sólido rígido. Puede ser global (global co-rotational methods) o local (stiffness warping).

Stiffness Warping (Concepto) Tetraedro deformado Tetraedro rotado al sistema de referencia original Fuerzas rotadas Fuerzas en el sistema de referencia original

Stiffness Warping (Ensamblaje) Elasticidad Lineal: Stiffness Warping: El cálculo de la rotación y el ensamblaje se han de realizar en cada paso de simulación. Se aplica la rotación a cada bloque 3x3 de la matriz de rigidez.

Stiffness Warping (Rotación) Primero se calcula la transformación afín de x 0 a x para los 4 nodos de un tetraedro. Luego se hace la descomposición polar, de manera que se separa la rotación del escalado.

Plasticidad Cuando un material supera un límite de deformación, parte de la deformación pasa a ser permanente (plástica). El cálculo de fuerzas dependerá sólo de la deformación elástica. La deformación plástica se inicializa a 0 y evoluciona conforme a 3 parámetros: máxima deformación elástica (yield), máxima deformación plástica (max) y coeficiente de flujo plástico (creep).

Fractura El material se fractura si la fuerza interna en alguna dirección supera un máximo. La fuerza direccional se puede calcular a partir del tensor de tensión (stress). Fuerza direccional La dirección de máxima tensión se puede calcular haciendo el análisis de autovalores y autovectores del tensor de tensión. Autovalores Autovectores asociados Dirección de tensión max.

Fractura (Separación de Tetraedros) Dependiendo del modelo de deformación, la tensión se puede calcular por tetraedro (modelo lineal) o por nodo (modelo no-lineal). Cuando la tensión supera el umbral, se selecciona un nodo por donde se va a fracturar. La superficie de fractura es perpendicular al autovector de tensión máxima, y se separan tetraedros a un lado y otro.

Fractura Existen muchos algoritmos para determinar cómo fracturar la malla a partir de la tensión máxima. Animation of brittle fracture [O Brien & Hodgins 1999] Animation of ductile fracture [O Brien et al. 2002] Interactive virtual materials [Müller & Gross 2004] Fracture for videogames [Parker & O Brien 2009]

Referencias Principales K.-J. Bathe, Finite Element Procedures, Prentice Hall, 1995. T. Hughes, The Finite Element Method: Linear Static and Dynamic Finite Element Analysis, Dover Publications, 2000. M. Müller, M. Gross. Interactive Virtual Materials, Graphics Interface 2004.

Otros... Usar mallas embebidas. Separa la complejidad de la superficie de la discretización de la deformación. Mallas embebidas con funciones de forma complejas. Homogeneización [Nesme SIGGRAPH 2009, Karevych SIGGRAPH 2009] Remallado para corte y fractura, o cortar sin remallar (x-fem, discontinuous Galerkin ) [Jerabkova IEEE CG&A 2009, Kaufmann SCA 2008] Simulación de viscoplasticidad. Remallado continuo y transferencia de variables [Bargteil SIGGRAPH 2007] Captura y modelado de materiales no lineales [Bickel SIGGRAPH 2009] Simulación con contacto [Otaduy Eurographics 2009]