自适应代理粒子的非线性有限元与不可压缩流体实时耦合 - Open .PDF

第??卷 第?期 计 算 机 学 报 Vol. ?? No. ? 20??年？月 CHINESE JOURNAL OF COMPUTERS ???. 20?? 自适应代理粒子的非线性有限元与不可压缩 流体实时耦合 1) 1) 1) 1) 1) 袁志勇 , 廖祥云 , 郭甲翔 , 童倩倩 , 郑棉仑 1)(武汉大学 计算机学院, 武汉 中国 430072) 摘 要 提出生成自适应代理粒子来实时耦合非线性有限元与不可压缩流体的新方法，采用TLED 有限元方法建立非线性 有限元固体模型，运用IISPH 建立不可压缩流体模型以获得逼真的流体和固体耦合仿真效果。根据固体表面的局部高斯曲率 对固体表面采样生成不同分辨率的代理粒子，为避免代理粒子和流体粒子间过早地耦合，设计代理粒子光滑核函数的支持域 为椭球型。为防止流体粒子在固体发生形变时产生穿透现象，在每个时间步长内对固体表面进行重采样生成代理粒子，并自 适应地改变其支持域的大小，在处理边界时运用正则化方法计算边界处粒子的物理量，利用基于统一计算设备架构的 GPU 并行计算方法对耦合过程进行加速。结果表明，提出的方法能在减少采样粒子、提高计算效率的同时实现实时逼真的流固耦 合效果。 关键词 自适应代理粒子；流固耦合；非线性有限元；不可压缩流体；GPU 加速 中图法分类号 **** DOI 号：*投稿时不提供DOI 号* 分类号 Adaptive Agent Particles for Real-Time Coupling of Nonlinear FEM with Incompressible Fluid YUAN Zhi-Yong1), LIAO Xiang-Yun1), GUO Jia-Xiang1) , TONG Qian-Qian1) , ZHENG Mian-Lun1) 1)(School of Computer, Wuhan University, Wuhan 430072, China) Abstract This paper presented a novel method that adaptively sampled agent particles for real-time coupling TLED nonlinear FEM solid with implicitly incompressible fluid. The agent particles were sampled with different resolution according to the local Gauss curvatures of solid surface model. The agent particles’ support domain was designed as ellipsoid to avoid premature coupling between agent particles and fluid particles. To avoid penetration of fluid particles on boundaries in case of deformation, the agent particles were adaptively resampled after deformation of nonlinear FEM solid and its support domain was adaptively changed. To