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基于物质点法的具有表面张力效应的固液耦合模拟方法技术

技术编号:35514246 阅读:28 留言:0更新日期:2022-11-09 14:30
本发明专利技术公开了基于物质点法的具有表面张力效应的固液耦合模拟方法,属于计算机图形学、基于物理的仿真领域,所述模拟方法所用的系统包括固体模型建模、流体模型建模、Level Set隐式表面构建、Marching Cubes显示表面构建、表面粒子重采样、碰撞检测;所述系统在物质点法的基础上对流体、固体进行仿真,通过构建Level Set重采样流体表面粒子,并使用CSF模型对流体添加表面张力;使用不同的背景网格分别模拟流体和固体,以解决MPM固液耦合时固有的粘附现象,实现固液耦合时的滑移接触效果;最终实现具有表面张力效应的不可压缩流体与非线性弹性固体的耦合现象。线性弹性固体的耦合现象。线性弹性固体的耦合现象。

【技术实现步骤摘要】
基于物质点法的具有表面张力效应的固液耦合模拟方法


[0001]本专利技术涉及计算机图形学、基于物理的仿真领域,尤其是基于物质点法的具有表面张力效应的固液耦合模拟方法。

技术介绍

[0002]表面张力对自由表面流体来说非常重要,如何更加真实的模拟具有表面张力的流体也是近年来图形学领域研究的热点。
[0003]现有技术中,有的将GEM方法扩展到处理不可压缩流体,其中添加了表面张力的影响;有的在投影步骤中将表面张力作为显示边界条件,并且使用Level Set表面来模拟水滴的接触角,然而,当表面张力效应主导场景时,显式的表面张力计算会导致系统的不稳定,例如对气泡进行模拟;有的使用了一个基于CSF模型的半隐式方法计算表面张力;有的提出了一种基于Level Set的半隐式表面张力计算方法,利用流体表面的速度场的散度作为流体的表面曲率,以模拟更加真实的气泡;有的使用了一个明显不同的方法,通过求解一个基于平均曲率的体积守恒方程,而不是推导表面张力公式,相比于基于网格的计算方法,拉格朗日表面张力计算通常是进行显示几何离散化;有的使用形变算子模拟表面网格上本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于物质点法的具有表面张力效应的固液耦合模拟方法,其特征在于:包括以下步骤:步骤1,创建MPM流体粒子以及固体粒子,并进行初始化,在流体粒子、固体粒子上存储物理量;步骤2,构建流体的隐式Level Set曲面,对每个流体粒子构建球形Level Set表面,生成符号距离场,然后将每个球体Level Set结合为整个流体模拟区域的隐式曲面;步骤3,使用符号距离场计算出流体区域的梯度场、拉普拉斯算子场;步骤4,将隐式曲面转化为Marching Cubes显示曲面,使用符号距离场的零等势面作为构建Marching Cubes的等势面;步骤5,在显示曲面上重采样表面粒子,生成的表面粒子只具有位置信息,不具有质量以及速度物理量,且表面粒子在每一个时间步的开始生成,在每一个时间步的结束删除;步骤6,进行网格标记;步骤7,在表面粒子上计算表面张力;步骤8,将表面粒子上的表面张力映射到流体粒子;步骤9,将粒子信息映射到背景网格,在这里使用标准的APIC映射方式将MPM粒子的动量和质量映射到背景网格;步骤10,在背景网格上添加外力,求解出新的速度;步骤11,冲量碰撞处理,使用冲量的方式计算碰撞后的流体速度,以产生冲击效果,并在固液接触面的切线方向为流体添加适量的速度衰减;步骤12,将背景网格上的信息映射回MPM粒子,使用标准的APIC映射方式,将背景网格上的粒子速度传输回MPM粒子,并更新MPM粒子的仿射速度。2.根据权利要求1所述的一种基于物质点法的具有表面张力效应的固液耦合模拟方法,其特征在于:步骤1中,所述物理量包括位置、速度、形变梯度、仿射速度、质量。3.根据权利要求1所述的一种基于物质点法的具有表面张力效应的固液耦合模拟方法,其特征在于:步骤2中,构建隐式Level Set曲面:对每个流体粒子均构建球形Level Set表面,Level Set的表达式为:f(x)=|x

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(1)式中,x表示粒子...

【专利技术属性】
技术研发人员:吕梦雅王锋孙梦梦赵静
申请(专利权)人:燕山大学
类型:发明
国别省市:

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