Die Autoren stellen eine neue Methode vor, die die Material-Punkt-Methode (MPM) mit der Dynamik starrer Körper in Reibungskontaktszenarios nahtlos integriert.
Zunächst wird eine zweistufige implizite Zeitschrittmethode beschrieben, bei der zuerst die freie Bewegung ohne Kontakt berechnet wird und dann die Auswirkungen des Reibungskontakts berücksichtigt werden. Dabei wird ein konvexes Optimierungsproblem gelöst, das eine globale Konvergenz und Stabilität auch in herausfordernden Szenarien garantiert.
Für die Diskretisierung der verformbaren Körper mit MPM wird ein neuartiges elastoplastisches Materialmodell entwickelt, das die Effizienz der Lösung des konvexen Problems erhöht. Die Berechnung der Kontaktpunkte zwischen starren und verformbaren Körpern wird ebenfalls detailliert beschrieben.
Die Leistungsfähigkeit und Robustheit der Methode wird anhand mehrerer Testfälle demonstriert, darunter das Zerreißen eines elastoplastischen Teiges, das Rollen eines Teiges mit einem Nudelholz sowie das Umfüllen von Flüssigkeit. Der Vergleich mit alternativen Ansätzen zeigt die Überlegenheit der neuen Methode, insbesondere bei kontaktintensiven Aufgaben.
Abschließend wird die Implementierung der Methode in das quelloffene Robotik-Toolkit Drake integriert, um der Robotik-Community zur Verfügung gestellt zu werden.
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