计算机科学 > 图形学
[提交于 2024年12月21日
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标题: 非线性弹性材料在小变形和大变形下的调校
标题: Tuning Nonlinear Elastic Materials under Small and Large Deformations
摘要: 在计算机图形学和工程领域,三维体积固体的非线性弹性材料特性通常通过选择一个材料族来调整,例如圣维南-基尔霍夫(St. Venant Kirchhoff)、线性各向同性旋转(Linear Corotational)、(稳定)新胡克(Neo-Hookean)、奥格登(Ogden)等,然后为该族选择特定参数的值,例如拉梅参数、奥格登指数,或者特定族的任何参数化方式。 然而,这些参数值与直观的材料特性(如物体的“刚度”、体积保持或“非线性程度”)之间的关系并不明确,且调整起来可能很繁琐。 对于一个任意各向同性的超弹性能量密度函数 psi,如果它不是以拉梅参数为参数化的形式给出,甚至不清楚拉梅参数、杨氏模量和泊松比是什么。 从 psi 出发,我们首先给出拉梅参数的简明定义,从而得出杨氏模量和泊松比。 其次,我们提供一种方法来调整物体的三个显著特性,即两个小变形特性(整体“刚度”和体积保持量,由物体的杨氏模量和泊松比规定),以及一个大变形特性(材料非线性)。 我们以一种方式实现这一点,使得这三个特性相互解耦,因此可以独立设置。 这使得一种新的能力成为可能,即“材料归一化”:从两种不同的材料出发,我们可以“归一化”它们,使它们具有相同的微小变形特性,或相同的大型变形非线性行为,或者两者都有。 此外,我们的分析产生了一个有用的理论结果,即它确立了以下结论: 线性各向同性旋转材料(可以说是计算机图形学中最广泛使用的材料)是可能的最简单的非线性材料。
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