Jäykkien kappaleiden simulointi ja kytkentä virtaussimulaatioihin
Vehviläinen, Artturi (2024-06-04)
Jäykkien kappaleiden simulointi ja kytkentä virtaussimulaatioihin
(04.06.2024)
Julkaisu on tekijänoikeussäännösten alainen. Teosta voi lukea ja tulostaa henkilökohtaista käyttöä varten. Käyttö kaupallisiin tarkoituksiin on kielletty.
avoin
Julkaisun pysyvä osoite on:
https://urn.fi/URN:NBN:fi-fe2024061251021
https://urn.fi/URN:NBN:fi-fe2024061251021
Tiivistelmä
Jäykät kappaleet ovat simulaatioissa kappaleita, joiden muoto ei muutu. Jäykkien kappaleiden ja virtausten, kuten veden tai savun, vuorovaikutukset ovat luonnossa tavallisia, mutta niiden yhdistäminen on haastavaa simulaatioissa. Tässä tutkielmassa selvitetään, miten jäykkiä kappaleita simuloidaan ja miten ne kytketään virtaussimulaatioihin.
Jäykkien kappaleiden simulaatioissa pyritään simuloimaan fysiikan lakien mukaisesti liikkuvia kappaleita, joiden muodot eivät muutu. Tätä varten täytyy ottaa huomioon useita tekijöitä kuten kappaleidenväliset törmäykset ja kitkavoimat. Kappaleiden liikkeitä voidaan myös rajata side-ehdoiksi kutsutuilla yhtälöillä ja epäyhtälöillä. Kappaleiden liikkeiden simulointi tapahtuu laskemalla niihin kohdistuvista voimista kappaleille nopeudet ja lopulta uudet sijainnit.
Virtaukset voidaan simuloida mallintaen ne laskentaverkoilla tai hiukkasilla. Verkkomallissa kaikki virtauksen tilaa kuvaava tieto tallennetaan paikallaan pysyviin verkon soluihin. Hiukkasmallissa tieto on liikkuvissa hiukkasissa. Mallit voidaan yhdistää hybridimenetelmäksi.
Jäykkien kappaleiden ja virtausten kytkentä tarkoittaa tapaa, jolla jäykät kappaleet ja virtaukset vuorovaikuttavat keskenään. Kytkentä voi olla yhdistetty tai jaettu. Jaetussa menetelmässä jäykkien kappaleiden ja virtausten yhtälöt ratkaistaan erikseen ja yhdistetyssä menetelmässä niistä muodostetaan yksi yhtälö.
Jäykkien kappaleiden ja virtausten kytkentämenetelmät voidaan jakaa kahteen sen mukaan onko jäykät kappaleet mallinnettu polygonimalleilla vai hiukkasilla. Kytkentämenetelmiä kehitetään jatkuvasti tarkemmiksi ja tehokkaammiksi.
Jäykkien kappaleiden simulaatioissa pyritään simuloimaan fysiikan lakien mukaisesti liikkuvia kappaleita, joiden muodot eivät muutu. Tätä varten täytyy ottaa huomioon useita tekijöitä kuten kappaleidenväliset törmäykset ja kitkavoimat. Kappaleiden liikkeitä voidaan myös rajata side-ehdoiksi kutsutuilla yhtälöillä ja epäyhtälöillä. Kappaleiden liikkeiden simulointi tapahtuu laskemalla niihin kohdistuvista voimista kappaleille nopeudet ja lopulta uudet sijainnit.
Virtaukset voidaan simuloida mallintaen ne laskentaverkoilla tai hiukkasilla. Verkkomallissa kaikki virtauksen tilaa kuvaava tieto tallennetaan paikallaan pysyviin verkon soluihin. Hiukkasmallissa tieto on liikkuvissa hiukkasissa. Mallit voidaan yhdistää hybridimenetelmäksi.
Jäykkien kappaleiden ja virtausten kytkentä tarkoittaa tapaa, jolla jäykät kappaleet ja virtaukset vuorovaikuttavat keskenään. Kytkentä voi olla yhdistetty tai jaettu. Jaetussa menetelmässä jäykkien kappaleiden ja virtausten yhtälöt ratkaistaan erikseen ja yhdistetyssä menetelmässä niistä muodostetaan yksi yhtälö.
Jäykkien kappaleiden ja virtausten kytkentämenetelmät voidaan jakaa kahteen sen mukaan onko jäykät kappaleet mallinnettu polygonimalleilla vai hiukkasilla. Kytkentämenetelmiä kehitetään jatkuvasti tarkemmiksi ja tehokkaammiksi.