流固耦合與形變破壞是電影特效與電子游戲中常見(jiàn)的自然現(xiàn)象,如何針對(duì)上述現(xiàn)象生成高真實(shí)感、交互性、實(shí)時(shí)性的計(jì)算機(jī)動(dòng)畫(huà),一直是計(jì)算機(jī)圖形學(xué)領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)�；谖锢淼姆抡嫠惴ɡ矛F(xiàn)象背后的物理機(jī)制,可以得到真實(shí)感的仿真效果,因而在動(dòng)畫(huà)仿真領(lǐng)域受到廣泛關(guān)注。但是,在處理復(fù)雜材料（如各向異性材料、多孔介質(zhì)）與耦合現(xiàn)象時(shí),基于物理的仿真算法面臨模型復(fù)雜度高、系統(tǒng)魯棒性差、交互困難、計(jì)算耗時(shí)等問(wèn)題,對(duì)流固耦合與形變破壞現(xiàn)象的仿真提出了極大的挑戰(zhàn)。本文針對(duì)上述困難,深入探尋流固耦合與形變破壞現(xiàn)象背后復(fù)雜的運(yùn)動(dòng)模型與耦合作用的物理原理,對(duì)于典型的自然現(xiàn)象,提出了一系列基于物理的流固耦合與形變破壞真實(shí)感仿真算法。本文的主要工作包括:·提出了一種基于粒子有限元方法的多孔介質(zhì)滲流-結(jié)構(gòu)耦合現(xiàn)象仿真算法。針對(duì)傳統(tǒng)有限元方法在處理大形變時(shí)數(shù)值不穩(wěn)定的問(wèn)題,該方法采用光滑粒子流體動(dòng)力學(xué)模型追蹤自由移動(dòng)粒子,以生成粒子有限元網(wǎng)格計(jì)算控制方程,保證了仿真算法的魯棒性。該算法通過(guò)鏈接信息與自適應(yīng)Alpha Shape進(jìn)行快速表面重建,可以同時(shí)處理多孔介質(zhì)滲流、結(jié)構(gòu)變形與破碎等多種復(fù)雜耦合現(xiàn)象,實(shí)現(xiàn)了多孔介質(zhì)中孔隙滲流與形變... 

【文章頁(yè)數(shù)】：125 頁(yè)

【學(xué)位級(jí)別】：博士

【文章目錄】：
摘要
abstract
第一章 緒論
    1.1 研究背景及意義
    1.2 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀
        1.2.1 有限元方法
        1.2.2 歐拉方法
        1.2.3 光滑粒子流體動(dòng)力學(xué)方法
        1.2.4 混合方法
        1.2.5 數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)方法
    1.3 本文的研究?jī)?nèi)容與創(chuàng)新
    1.4 論文組織
第二章 多孔介質(zhì)的滲流-結(jié)構(gòu)耦合現(xiàn)象仿真
    2.1 引言
    2.2 多孔介質(zhì)滲流-結(jié)構(gòu)動(dòng)態(tài)耦合模型
        2.2.1 多孔介質(zhì)中的滲流模型
        2.2.2 考慮結(jié)構(gòu)變形的動(dòng)態(tài)滲流-結(jié)構(gòu)耦合模型
    2.3 基于粒子有限元方法的滲流現(xiàn)象仿真
        2.3.1 算法概述
        2.3.2 基于自適應(yīng)SPH方法的滲流計(jì)算
        2.3.3 基于PFEM的多孔介質(zhì)耦合計(jì)算
        2.3.4 基于Alpha Shape與飽和度的表面重建模型
    2.4 實(shí)驗(yàn)結(jié)果
        2.4.1 仿真結(jié)果
        2.4.2 性能分析
    2.5 本章小結(jié)
第三章 多物理過(guò)程的流固耦合現(xiàn)象仿真
    3.1 引言
    3.2 多物理過(guò)程耦合模型
        3.2.1 動(dòng)態(tài)熔巖模型
        3.2.2 動(dòng)態(tài)煙霧生成
    3.3 基于PCISPH方法的火山仿真
        3.3.1 動(dòng)態(tài)粒子模型
        3.3.2 基于溫度的繪制方法
    3.4 實(shí)驗(yàn)結(jié)果
        3.4.1 仿真結(jié)果
        3.4.2 性能分析
    3.5 本章小結(jié)
第四章 數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的煙霧-固體耦合現(xiàn)象仿真與細(xì)節(jié)增強(qiáng)
    4.1 引言
    4.2 算法概述
    4.3 歐拉模型物理參數(shù)估計(jì)算法
        4.3.1 基于歐拉方法的煙霧仿真
        4.3.2 卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
    4.4 煙霧-固體耦合仿真的細(xì)節(jié)增強(qiáng)算法
        4.4.1 物理約束的損失函數(shù)設(shè)計(jì)
        4.4.2 時(shí)空連貫性的處理
    4.5 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析
        4.5.1 數(shù)據(jù)生成方法
        4.5.2 網(wǎng)絡(luò)訓(xùn)練過(guò)程
        4.5.3 仿真效果
        4.5.4 分析與比較
    4.6 本章小結(jié)
第五章 各向異性材料脆性破碎現(xiàn)象仿真
    5.1 引言
    5.2 基于各向異性SPH的應(yīng)力分析
        5.2.1 彈性力學(xué)連續(xù)模型
        5.2.2 基于各向異性核函數(shù)的自適應(yīng)SPH方法
        5.2.3 應(yīng)力分析方法
        5.2.4 可控的裂紋計(jì)算模式
    5.3 裂紋仿真幾何模型
        5.3.1 粒子模型初始化
        5.3.2 基于裂紋的自適應(yīng)粒子細(xì)分
        5.3.3 基于邊界粒子的碰撞檢測(cè)加速
    5.4 實(shí)驗(yàn)結(jié)果
    5.5 本章小結(jié)
第六章 結(jié)語(yǔ)
    6.1 全文總結(jié)
    6.2 未來(lái)工作
參考文獻(xiàn)
作者簡(jiǎn)歷
致謝
研究成果


【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
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[2]焊接熱過(guò)程數(shù)值分析中相變潛熱的三種解決方案[J]. 趙明,武傳松,陳茂愛(ài).  焊接學(xué)報(bào). 2006(09)
[3]飽和多孔介質(zhì)流固耦合滲流的數(shù)學(xué)模型[J]. 李培超,孔祥言,盧德唐.  水動(dòng)力學(xué)研究與進(jìn)展（A輯）. 2003(04)



本文編號(hào)：3731156