Hybrid 3D mass-spring system for simulation of isotropic materials with any Poisson’s ratio

Autor: Stéphane Nicolle, Karolina Golec, Florence Zara, Jean-François Palierne, Guillaume Damiand
Přispěvatelé: Geometry Processing and Constrained Optimization (M2DisCo), Laboratoire d'InfoRmatique en Image et Systèmes d'information (LIRIS), Institut National des Sciences Appliquées de Lyon (INSA Lyon), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Lyon-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Lyon-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Claude Bernard Lyon 1 (UCBL), Université de Lyon-École Centrale de Lyon (ECL), Université de Lyon-Université Lumière - Lyon 2 (UL2)-Institut National des Sciences Appliquées de Lyon (INSA Lyon), Université de Lyon-Université Lumière - Lyon 2 (UL2), Laboratoire de Physique de l'ENS Lyon (Phys-ENS), École normale supérieure - Lyon (ENS Lyon)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Claude Bernard Lyon 1 (UCBL), Université de Lyon-Université de Lyon, Simulation, Analyse et Animation pour la Réalité Augmentée (SAARA), Origami (Origami), Laboratoire de Biomécanique et Mécanique des Chocs (LBMC UMR T9406), Université Claude Bernard Lyon 1 (UCBL), Université de Lyon-Université de Lyon-Institut Français des Sciences et Technologies des Transports, de l'Aménagement et des Réseaux (IFSTTAR), Université Lumière - Lyon 2 (UL2)-École Centrale de Lyon (ECL), Université de Lyon-Université de Lyon-Université Claude Bernard Lyon 1 (UCBL), Université de Lyon-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National des Sciences Appliquées de Lyon (INSA Lyon), Université de Lyon-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA), Université de Lyon-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université Lumière - Lyon 2 (UL2)-École Centrale de Lyon (ECL), École normale supérieure - Lyon (ENS Lyon)-Université Claude Bernard Lyon 1 (UCBL), Université de Lyon-Université de Lyon-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Université de Lyon-Institut National des Sciences Appliquées de Lyon (INSA Lyon), Université de Lyon-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Lumière - Lyon 2 (UL2)-École Centrale de Lyon (ECL), Université de Lyon-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), École normale supérieure de Lyon (ENS de Lyon)-Université Claude Bernard Lyon 1 (UCBL)
Rok vydání: 2019
Předmět:
Zdroj: The Visual Computer
The Visual Computer, Springer Verlag, 2020, 36 (4), pp.809-825. ⟨10.1007/s00371-019-01663-0⟩
Visual Computer
Visual Computer, Springer Verlag, 2020, 36 (4), pp.809-825. ⟨10.1007/s00371-019-01663-0⟩
The Visual Computer, 2020, 36 (4), pp.809-825. ⟨10.1007/s00371-019-01663-0⟩
ISSN: 1432-2315
0178-2789
Popis: Mass-spring systems (MSS) simulating elastic materials obey constraints known in elasticity as the Cauchy relations, restricting the Poisson ratio of isotropic systems to be exactly $$\nu =1/4$$. We remind that this limitation is intrinsic to centrosymmetric spring systems (where each node is a center of symmetry), forbidding them for instance to simulate incompressible materials (with $$\nu =1/2$$). To overcome this restriction, we propose to supplement the spring deformation energy with an energy depending on the volume only, insensitive to change of shape, permitting MSS to simulate any real isotropic materials. In addition, the freedom in choosing the spring constants realizing a given elastic behavior allows to manage instabilities. The proposed hybrid model is evaluated by comparing its response to various deformation geometries with analytical model and/or finite element model. The results show that the hybrid MSS model allows to simulate any compressible isotropic elastic material and in particular the nearly incompressible (Poisson ratio $$\nu \simeq 1/2$$) biological soft tissues to which it is dedicated.
Databáze: OpenAIRE
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