A Soft Contact Collision Method For Real-Time Simulation of Triangularized Geometries in Multibody Dynamics
Moisio, Sami (2013-05-27)
Väitöskirja
Moisio, Sami
27.05.2013
Lappeenranta University of Technology
Acta Universitatis Lappeenrantaensis
Julkaisun pysyvä osoite on
https://urn.fi/URN:ISBN:978-952-265-406-9
https://urn.fi/URN:ISBN:978-952-265-406-9
Tiivistelmä
When modeling machines in their natural working environment collisions become
a very important feature in terms of simulation accuracy. By expanding the
simulation to include the operation environment, the need for a general collision
model that is able to handle a wide variety of cases has become central in the
development of simulation environments. With the addition of the operating
environment the challenges for the collision modeling method also change. More
simultaneous contacts with more objects occur in more complicated situations.
This means that the real-time requirement becomes more difficult to meet. Common
problems in current collision modeling methods include for example dependency
on the geometry shape or mesh density, calculation need increasing
exponentially in respect to the number of contacts, the lack of a proper friction
model and failures due to certain configurations like closed kinematic loops.
All these problems mean that the current modeling methods will fail in certain
situations. A method that would not fail in any situation is not very realistic but
improvements can be made over the current methods. Mallinnettaessa koneita niiden aidossa toimintaympäristössä, kontaktit muodostuvat
keskeiseksi tekijäksi simuloinnin tarkkuuden kannalta. Kun mallia laajennetaan
sisältämään toimintaympäristö kasvaa yleisen kontaktimallin merkitys
simulaattoriympäristöjen kehityksessä. Ympäristön lisäyksen myötä myös
mallinnuksen haasteet muuttuvat, useampia kontakteja useampien kappaleiden
välillä monimutkaisemmissa tilanteissa. Tämän vuoksi reaaliaikaisuus muodostuu
yhä suuremmaksi ongelmaksi. Yleisiä ongelmia nykyisissä kontaktin mallinnusmenetelmissä
ovat, riippuvuus mallinnettavasta geometriasta ja verkotuksen
tiheydestä, laskentatarpeen kasvu eksponentiaalisesti suhteessa kontaktien
määrään, kunnollisen kitkamallin puuttuminen sekä ongelmatilanteet erilaisissa
konfiguraatioissa kuten kinemaattisten ketjujen tapauksessa. Jotkut mallit myös
luottavat primitiivigeometrioiden käyttöön kontaktia mallinnettaessa, joka tekee
niistä epätarkempia ja hankalampia määrittää. Tämän vuoksi on tärkeää, että
kontaktimalli perustuu kolmioituun geometriaan. Kaikki nämä ongelmat tarkoittavat,
että nykyiset mallinnusmenetelmät epäonnistuvat jossain tapauksissa.
Menetelmän kehittäminen joka ei epäonnistuisi missään tapauksessa ei ole kovin
realistinen, mutta nykyisiä malleja voidaan parantaa merkittävästi.
a very important feature in terms of simulation accuracy. By expanding the
simulation to include the operation environment, the need for a general collision
model that is able to handle a wide variety of cases has become central in the
development of simulation environments. With the addition of the operating
environment the challenges for the collision modeling method also change. More
simultaneous contacts with more objects occur in more complicated situations.
This means that the real-time requirement becomes more difficult to meet. Common
problems in current collision modeling methods include for example dependency
on the geometry shape or mesh density, calculation need increasing
exponentially in respect to the number of contacts, the lack of a proper friction
model and failures due to certain configurations like closed kinematic loops.
All these problems mean that the current modeling methods will fail in certain
situations. A method that would not fail in any situation is not very realistic but
improvements can be made over the current methods.
keskeiseksi tekijäksi simuloinnin tarkkuuden kannalta. Kun mallia laajennetaan
sisältämään toimintaympäristö kasvaa yleisen kontaktimallin merkitys
simulaattoriympäristöjen kehityksessä. Ympäristön lisäyksen myötä myös
mallinnuksen haasteet muuttuvat, useampia kontakteja useampien kappaleiden
välillä monimutkaisemmissa tilanteissa. Tämän vuoksi reaaliaikaisuus muodostuu
yhä suuremmaksi ongelmaksi. Yleisiä ongelmia nykyisissä kontaktin mallinnusmenetelmissä
ovat, riippuvuus mallinnettavasta geometriasta ja verkotuksen
tiheydestä, laskentatarpeen kasvu eksponentiaalisesti suhteessa kontaktien
määrään, kunnollisen kitkamallin puuttuminen sekä ongelmatilanteet erilaisissa
konfiguraatioissa kuten kinemaattisten ketjujen tapauksessa. Jotkut mallit myös
luottavat primitiivigeometrioiden käyttöön kontaktia mallinnettaessa, joka tekee
niistä epätarkempia ja hankalampia määrittää. Tämän vuoksi on tärkeää, että
kontaktimalli perustuu kolmioituun geometriaan. Kaikki nämä ongelmat tarkoittavat,
että nykyiset mallinnusmenetelmät epäonnistuvat jossain tapauksissa.
Menetelmän kehittäminen joka ei epäonnistuisi missään tapauksessa ei ole kovin
realistinen, mutta nykyisiä malleja voidaan parantaa merkittävästi.
Kokoelmat
- Väitöskirjat [1037]