×

螺旋:一种有效的旋转运动方程积分算法。 (英语) Zbl 07826294号

小结:我们介绍螺旋形的,扩展物体旋转运动的三阶积分算法。它只需要在每个时间步长进行一次力计算,不需要在每个时间步长进行四元数归一化,并且可以针对跳跃和同步积分方案进行公式化,使其与许多粒子模拟代码兼容。稳定性和精确度螺旋形的超过目前流行的DEM代码中使用的最先进算法,例如亚德,水星DPM,亮点、PFC等,计算成本稍高。此外,除了DEM之外,我们还看到了在涉及延伸物体三维旋转的所有数值模拟中的潜在应用。

MSC公司:

68倍 计算机科学
65-XX岁 数值分析
PDF格式BibTeX公司 XML格式引用

参考文献:

[1] Abe,S。;地点D。;Mora,P.,用于模拟岩石力学和地震动力学的格构实体模型的并行实现。纯应用程序。地球物理学。,2265-2277 (2004)
[2] 亚伯拉罕·M·J。;Murtola,T。;舒尔茨,R。;帕尔,S。;J.C.史密斯。;赫斯,B。;Lindahl,E.,GROMACS:通过从笔记本电脑到超级计算机的多级并行进行高性能分子模拟。SoftwareX,19-25(2015)
[3] Altair 2023“EDEM-离散元法(DEM)软件”(2023)
[4] 安德烈,D。;查尔斯,J。;Iordanoff,I.,《用于高动态热机械分析的3D离散元素工作台:GranOO》。《连续材料行为的离散元模型和模拟》(2015),Wiley
[5] Banchmark,Benchmark tools.jl(2023年)
[6] 比森,P。;Ames,B.,TRAC-IK:用于改进通用反向运动学求解的开放源码库,928-935
[7] 博伊斯,W。;DiPrima,R。;Meade,D.,初等微分方程和边值问题(2017),Wiley
[8] Buss,S.R.,精确有效地模拟刚体旋转。J.计算。物理。,377-406 (2000) ·Zbl 1035.70500号
[9] Chen,C.W。;Kouh,J.S。;Tsai,J.F.,带制导系统的AUV模拟器建模与仿真。IEEE J.海洋。工程,22121-225(2013)
[10] 多斯塔,M。;Skorych,V.,MUSEN:GPU加速DEM模拟的开源框架。SoftwareX(2020)
[11] Fincham,D.,Leapfrog旋转算法。分子模拟。,165-178 (1992)
[12] Goldstein,H.,经典力学(2002),培生教育
[13] Govender,N。;Wilke,D。;Kok,S.,Blaze-DEMGPU:GPU架构的模块化高性能DEM框架。SoftwareX,62-66(2016)
[14] Grassia,F.S.,使用指数映射的实际旋转参数化。J.图表。工具,29-48(1998)
[15] 哈密尔顿,W.R.,LXVIII。关于四元数;或者在代数中的一个新的想象系统上。伦敦。爱丁堡。都柏林菲洛斯。《科学杂志》。,489-495 (1844)
[16] 霍克尼,R。;伊斯特伍德,J.,《使用粒子的计算机模拟》(1988),CRC出版社·Zbl 0662.76002号
[17] (2008a)PFC3D:三维颗粒流代码,4.0版,用户手册(2008),Itasca:Itasca Minneapolis
[18] (2021)PFC:二维和三维颗粒流代码,7.0版,7.00.132版文档集(2021年),Itasca:Itasca Minneapolis
[19] Jia,Y.B.,《四元数:Com S 477/577 notes》(2017),爱荷华州立大学,技术报告
[20] Johnson,M.P.,《利用四元数支持表情交互角色运动》(2003),麻省理工学院博士论文
[21] 约翰逊,S.M。;威廉姆斯,J.R。;Cook,B.K.,基于四元数的刚体旋转积分算法,用于粒子方法。国际期刊数字。方法工程,1303-1313(2008)·Zbl 1159.70300号
[22] 克劳斯,C。;Goniva,C。;A.海格。;安伯格,S。;Pirker,S.,《开源DEM和CFD-DEM的模型、算法和验证》。掠夺。计算。流体动力学。,2-3, 140-152 (2012)
[23] 科比拉罗夫,M。;克雷恩。;Desbrun,M.,Lie group汽车动画和控制集成商。ACM事务处理。图表。(2009)
[24] Kuipers,J.,《四元数和旋转序列:轨道、航空航天和虚拟现实应用入门》(1999),普林斯顿大学出版社,普林斯顿平装本·Zbl 1053.70001号
[25] Kutta,W.,Beitrag zur näherungsweisen积分-微分gleichungen。Z.数学。物理。,435-453 (1901)
[26] Longuski,J.M。;Tsiotras,P.,受时变物体固定力矩作用的旋转刚体的解析解,第一部分:恒定轴向力矩。J.应用。机械。,970-975 (1993)
[27] Z.R.曼彻斯特。;Peck,M.A.,航天器动力学四元数变分积分器。J.指南。控制动态。,69-76 (2016)
[28] 内托,N。;Bellucci,L.,刚体分子动力学的新算法。化学。物理。,259-268 (2006)
[29] Omelyan,I.P.,刚体运动方程数值积分算法。物理学。E版,1169-1172(1998)
[30] 奥斯坦宁,I。;安吉利达基斯,V。;普拉斯,T。;Pourandi,S。;桑顿,A。;Weinhart,T.,汞粒子动力学代码中的刚性团。计算。物理学。Commun公司。(2024)
[31] Pons,A。;Cirak,F.,仿生无人飞行器惯性机动的四元数变分积分。ASME信函。动态。系统。控制(2023)
[32] Rackauckas,C。;Nie,Q.,Differentialequations.jl–一个用于求解Julia微分方程的性能丰富的生态系统。J.开放资源软件。(2017)
[33] Romano,M.,具有球形惯量椭球且承受恒定扭矩的刚体旋转的精确解析解。最神圣的。机械。动态。阿童木。,181-189 (2008) ·Zbl 1335.70019号
[34] Roots,Roots.jl(2023年)
[35] Rucker,C.,使用非均匀四元数积分旋转。IEEE机器人。自动。莱特。,2979-2986 (2018)
[36] Sabatini,A.M.,惯性传感应用于步态分析的基于四元数的捷联集成方法。医学生物学。工程计算。,94-101 (2005)
[37] Seelen,L.J.H。;Padding,J.T。;Kuipers,J.A.M.,改进的基于四元数的刚体运动积分方案。机械学报。,3381-3389 (2016) ·Zbl 1380.70016号
[38] 沙阿·S。;戴伊·D。;洛维特,C。;Kapoor,A.,AirSim:自动驾驶车辆的高保真视觉和物理模拟,621-635
[39] 舒,C.W。;Osher,S.,本质上非振荡冲击捕获方案的有效实现。J.计算。物理。,439-471 (1988) ·Zbl 0653.65072号
[40] 斯迈劳尔,V。;安吉利达基斯,V。;Catalano,E。;右嵌缝。;Chareyre,B。;Chèvremont,W。;多罗芬科,S。;Duriez,J。;戴克,N。;Elias,J。;Er,B。;Eulitz,A。;Gladky,A。;郭,N。;雅各布,C。;Kneib,F。;Kozicki,J。;Marzougui,D。;毛林,R。;Modenese,C。;Pekmezi,G。;斯科特斯,L。;西比尔,L。;斯特兰斯基,J。;Sweijen,T。;Thoeni,K。;袁,C.,亚德文件亚德项目(2021)
[41] 苏,J。;施罗德,C。;Fedkiw,R.,帧速率刚体模拟的能量稳定性和断裂,155-164
[42] Syamlal先生。;罗杰斯,W。;O'Brien,T.J.,《MFiX文件理论指南》(1993),美国农业部能源技术中心(METC):美国农业部Morgantown能源技术中心WV(美国),技术报告
[43] 塔达诺,S。;武田,R。;Miyagawa,H.,使用基于四元数计算的可穿戴加速度和陀螺传感器进行三维步态分析。传感器,9321-9343(2013)
[44] 塔耶比,A。;McGilvray,S.,垂直起降四旋翼飞机的姿态稳定。IEEE传输。控制系统。技术。,562-571 (2006)
[45] 汤普森,A.P。;Aktulga,H.M。;R.伯杰。;Bolintinanu,D.S。;布朗,W.M。;Crozier,P.S。;in’t Veld,P.J。;科尔梅耶,A。;摩尔,S.G。;Nguyen,T.D。;Shan,R。;史蒂文斯,M.J。;Tranchida,J。;Trott,C。;Plimpton,S.J.,LAMMPS——一种灵活的模拟工具,用于在原子、介观和连续尺度上对基于颗粒的材料进行建模。计算。物理学。Commun公司。(2022) ·Zbl 1516.74108号
[46] 桑顿,C.,《颗粒动力学、接触力学和颗粒系统模拟:DEM研究》。粒子技术系列(2015),施普林格国际出版社
[47] 托多罗夫,E。;埃雷斯,T。;Tassa,Y.,MuJoCo:基于模型控制的物理引擎,5026-5033
[48] Tsiotras,P。;Longuski,J.M.,非对称刚体欧拉运动方程的解析解。J.应用。机械。,149-155 (1996) ·Zbl 0874.70008号
[49] (2023),虚幻的“统一”
[50] (2023年),虚幻的“虚幻引擎”
[51] 瓦伦蒂,R.G。;Dryanovski,I。;Xiao,J.,使用代数四元数算法进行MARG方位估计的线性卡尔曼滤波器。IEEE传输。仪器。测量。,467-481 (2016)
[52] Verlet,L.,经典流体的计算机“实验”。Lennard-Jones分子的热力学性质。物理学。修订版,98-103(1967)
[53] 瓦尔坎,瓦尔坎(2023)
[54] 温哈特,T。;Orefice,L。;邮政,M。;van Schrojenstein Lantman,医学博士。;I.F.丹尼森。;Tunuguntla,D.R。;曾俊华(Tsang,J.)。;Cheng,H。;沙欣,M.Y。;Shi,H。;拉皮诺,P。;格拉诺尼奥,E。;北卡罗来纳州洛斯卡科。;巴博萨,J。;Jing,L。;Alvarez Naranjo,J.E。;罗伊,S。;den Otter,W.K。;Thornton,A.R.,《快速灵活粒子模拟——水星DPM简介》。计算。物理学。Commun公司。(2020) ·Zbl 07678501号
[55] 伍德姆(woodem)(2023年)
[56] Wu,Y。;胡,X。;Hu博士。;李·T。;Lian,J.,基于对偶四元数的捷联惯性导航系统算法。IEEE传输。Aerosp.航空公司。电子。系统。,110-132 (2005)
[57] 赵,F。;van Wachem,B.G.M.,描述非球形粒子行为的一种新的四元数积分方法。机械学报。,3091-3109 (2013) ·Zbl 1356.70009
此参考列表基于出版商或数字数学图书馆提供的信息。其项与zbMATH标识符进行启发式匹配,可能包含数据转换错误。在某些情况下,zbMATH Open的数据对这些数据进行了补充/增强。这试图尽可能准确地反映原始论文中列出的参考文献,而不要求完整或完全匹配。