ความแม่นยำตามอำเภอใจการจำลองเชือกที่ปรับขนาดได้


12

ฉันพยายามจำลองวัตถุเชือก สูตรที่ฉันเข้าใจคืออาร์เรย์ของอนุภาคเชื่อมต่อกันด้วยสปริง สปริงเหล่านี้มีค่า k ที่มีขนาดใหญ่มากดังนั้นเส้นจึงเปลี่ยนรูป แต่ยืดน้อยมาก ฉันได้ข้อสรุปว่าการแก้ปัญหานี้เป็นหน้าที่ของเวลาเป็นไปไม่ได้ในรูปแบบปิดเพราะเชือกเป็นลักษณะทั่วไปของลูกตุ้ม (ซึ่งไม่ใช่รูปแบบปิด)

การชำระสำหรับโซลูชันโดยประมาณแล้ว ฉันต้องการอัลกอริทึมที่ปรับขนาดได้ดี ตัวอย่างที่ฉันได้เห็นใช้การรวมกลุ่มของออยเลอร์อย่างชัดเจนหรือโดยปริยายเพื่อเคลื่อนย้ายอนุภาค สิ่งนี้ไม่ได้ปรับขนาด

หากต้องการดูสิ่งนี้ให้พิจารณาเชือกที่มีโหนด n ใช้แรงขนาดใหญ่กับปลายด้านหนึ่ง เนื่องจากเชือกไม่ควรยืดมากนักความเร่งที่ปลายอีกด้านจะต้องเป็นทันที

อย่างไรก็ตามด้วยการรวมกันของ Eulerian การได้รับแรงใด ๆไปยังส่วนอื่น ๆ นั้นจำเป็นต้องมีขั้นตอน n ฉันสังเกตเห็นการหลุดร่วงแบบเอ็กซ์โพเนนเชียล: ถ้าโหนดแรกเร่งจำนวนหนึ่งให้เร็วขึ้นแล้วโหนดที่อยู่ติดกันจะเร่งความเร็วให้น้อยลง (ถ้าพวกเขาเร่งความเร็วในอัตราเดียวกัน ดังนั้นโหนดที่อยู่ติดกับโหนดนั้นก็จะยิ่งช้าลง!

ดังนั้นสำหรับโหนดที่อยู่ห่างออกไปการเร่งความเร็วก็เล็กน้อย สิ่งนี้นำไปสู่เชือกที่มีความยาวเหยียด หากคุณต้องการความละเอียดของการจำลองเป็นสองเท่าคุณต้องทำตามขั้นตอนเวลาที่เล็กลงเป็นสิบหรือร้อยเท่าเพื่อให้ได้พฤติกรรมที่คล้ายกัน

ฉันกำลังมองหาวิธีง่าย ๆ ที่แก้ปัญหานี้ - นั่นคือการจำลองความละเอียดที่สูงขึ้นมาบรรจบกันกับการแก้ปัญหาด้วยการคำนวณพิเศษพหุนามเวลาเท่านั้น ห้องสมุดเต็มรูปแบบของเมทริกซ์และเทคนิคพีชคณิตเชิงเส้นสามารถใช้ได้ ความรู้เกี่ยวกับกลศาสตร์คลาสสิกของฉันดีมากและฉันรู้การวิเคราะห์เชิงตัวเลข


vsdt

@dmckee ใช่โปรดทำ! ในการตอบความคิดเห็นที่สองของคุณควรบังคับให้เผยแพร่ในเวลาที่มีอยู่อย่างไม่มีประสิทธิภาพ
imallett

ความเร็วของเสียงน่าจะค่อนข้างสูง ... แต่ถ้าเวลาของคุณน้อยกว่า 10 ms ความยาวของการแพร่กระจายนั้นก็ยังคงอยู่เพียงไม่กี่เมตร
dmckee --- ผู้ดูแลอดีตลูกแมว

ฉันอยากรู้ว่าคำแนะนำที่คุณได้รับที่นี่มีประโยชน์หรือไม่ ฉันสมมติว่าการขาดการยอมรับหมายความว่าคุณยังคงติดตามอยู่หรือว่าไม่มีคำตอบใดที่ตรงตามที่คุณคาดหวัง แต่พวกเขาแสดงให้คุณเห็นหนทางข้างหน้าหรือไม่?
dmckee --- ผู้ดูแลอดีตลูกแมว

พวกเขาได้รับประโยชน์ แต่มีหลายสิ่งหลายอย่างที่เพิ่งเกิดขึ้นพร้อมกัน ฉันได้ชี้แจงความตั้งใจของฉันในบางคำตอบและเมื่อฉันได้รับการหยุดหายใจฉันจะสามารถติดตามพวกเขาได้ ขอบคุณ
imallett

คำตอบ:


4

ครั้งแรกของทั้งหมดเป็นเจดบราวน์ได้กล่าวถึงคุณควรใช้เวลาโครงการก้าวนัยเป็นปัญหาของคุณดูเหมือนจะแข็งมากหรืออย่างน้อยมีเสถียรภาพมากขึ้น แต่รูปแบบที่เรียบง่ายอย่างเท่าเทียมกันเช่นการบูรณาการข้ามหรือบูรณาการ Verlet

สำหรับปัญหาด้านร่างกายคุณสนใจในการยืดกล้ามเนื้อมากแค่ไหน? แทนที่จะเชื่อมต่ออนุภาคด้วยสปริงแข็งคุณสามารถใช้ข้อ จำกัด แบบองค์รวมเช่นให้แน่ใจว่าระยะห่างระหว่างคู่อนุภาคยังคงที่ จำเป็นต้องแก้ไขข้อ จำกัด ในแต่ละขั้นตอนและมีอัลกอริธึมที่มีประสิทธิภาพสำหรับการตั้งค่าของคุณอย่างแน่นอนนั่นคือข้อ จำกัด ที่เชื่อมโยงกันเป็นเวลานาน ตัวอย่างเช่นดูที่เอกสารนี้

คุณยังใช้ศักย์เชิงมุมตามความยาวของเชือกเพื่อจำลองความยืดหยุ่นของมันหรือไม่?


แม้การใช้เวลาโดยปริยาย (ซึ่งจะช่วย) การยืดก็เกิดขึ้น ในความเป็นจริงฉันสนใจที่จะเหยียดเพียงตราบเท่าที่ฉันพยายามที่จะกำจัดมัน คณิตศาสตร์ในกระดาษนั้นอยู่เหนือหัวของฉัน แต่ฉันกำลังศึกษารหัส fortran ยังไม่ได้ใช้ข้อ จำกัด เชิงมุมใด ๆ
imallett

@IanMallett: ตกลงแล้วข้อ จำกัด คือหนทางไปนั่นคือไม่มีข้อ จำกัด เลยแม้แต่น้อย
เปโดร

5

คุณมีระบบที่แข็งทื่อด้วยสูตรปัจจุบัน การยืดและการสั่นสะเทือนแบบไดนามิกในสตริงนั้นไม่น่าสนใจ (แต่น่าจะเป็นไปได้) แต่มันควบคุมขั้นตอนเวลาอย่างชัดเจน สิ่งนี้บ่งชี้ว่าใช้วิธีการรวมเวลาโดยนัย คุณสามารถใช้การหน่วงเพื่อป้องกันการสั่นซึ่งจะทำให้การควบคุมข้อผิดพลาดแบบปรับตัวสำหรับวิธีการโดยนัย

หากการปรับสโคปแบบละเอียดมีความสำคัญในการสร้างแบบจำลองแม้จะต้องการก้าวข้ามพวกเขา (เช่นสำหรับการสร้างแบบจำลองความล้า) คุณอาจต้องการตรวจสอบวิธีการหลายหน้าจอใหม่เช่น Heterogeneous Multiscale Method (Engquist, Tsai ฯลฯ ) หรือกึ่ง สเปกตรัมในวิธีการเวลา การใช้วิธีการดังกล่าวเป็นหัวข้อระดับการวิจัยและคุณต้องเข้าใจปัญหาและความสามารถของวิธีการที่ดีในการตัดสินใจว่าอาจเหมาะสมหรือไม่ หากคุณต้องการประหยัดพลังงานตัวอย่างเช่นโหมดการสั่นสะเทือนบางโหมดไม่ควรกระจายไปจากนั้นคุณควรดูที่ผู้รวมระบบ symplectic เช่น Verlet

นอกจากนี้คุณยังสามารถแก้ปัญหาการยืดศูนย์ได้ถ้าต้องการ ด้วยเงื่อนไขเฉื่อยโมเดลสามารถปรับโครงสร้างใหม่ในแง่ของมุมซึ่งนำไปสู่ระบบ ODE ที่ไม่แข็งทื่อ ดังที่ faleichik ชี้ให้เห็นว่านี่คือROPEปัญหาการทดสอบที่พิจารณาใน Hairer, Nørsettและหนังสือของ Wanner หากคุณละทิ้งความเฉื่อยของเชือก แต่อนุญาตให้หย่อน (เบาเชือกยืดต่ำที่มีการโหลดแบบไม่ต่อเนื่องไม่ใช่แบบทั่วไป) ปัญหาจะกลายเป็นความแตกต่างของความไม่เท่าเทียมกันของตัวแปร (DVI) และโดยทั่วไปคุณไม่สามารถทำได้ดีกว่า เวลา.


2
HMM เป็นวิธีการลดแบบจำลองตามการฉาย ฉันลังเลที่จะแนะนำวิธีการดังกล่าวเว้นแต่ว่าแอปพลิเคชันต้องการเฉพาะพวกเขา หนึ่งจะต้องเต็มใจที่จะเสียสละความถูกต้องสำหรับความเร็ว การพิจารณาทางเลือก "ดี" ของผู้ประกอบการบีบอัดและการสร้างใหม่ (โดยใช้ระบบการตั้งชื่อของ HMM) ยังคงเป็นสิ่งที่ไม่จำเป็นสำหรับบางแอปพลิเคชั่น
Geoff Oxberry

@GeoffOxberry ตกลงฉันเพิ่มคำเตือน ปัญหาคลาสสิกคือการสั่นสะเทือนทางกลในนาฬิกาทำให้เกิดการดริฟท์ ตัวอย่างปัญหาที่ฉันคิดว่าเหมาะสมคือการสร้างแบบจำลองการคืบ / การลื่นของเชือกรอบกว้านเร่งโดยโหมดการสั่นสะเทือนจากด้านโหลด ไม่ใช่ทุกอย่างที่เป็นการเผาไหม้ ;-)
Jed Brown

ขีด จำกัด การยืดศูนย์นั้นเป็นสิ่งเดียวที่ฉันพยายามทำในตอนนี้ ออสซิลเลชั่นแบบละเอียดจะดี แต่ผ้ายืดหยุ่นที่เรียบเกินไปเป็นที่ต้องการในตอนนี้ ฉันลองใช้เวลาโดยนัย (ผ่านทางสูตรของ OpenCloth) และน่าเสียดายที่ปัญหายังคงเกิดขึ้น คุณสามารถอธิบาย / ให้ลิงก์เกี่ยวกับวิธีดำเนินการย่อหน้าสุดท้ายของคุณได้หรือไม่? ขอบคุณ
imallett

2

หากคุณสนใจวิธีแก้ปัญหาที่รวดเร็วและคร่าวๆวิธีการที่ใช้ในเอฟเฟ็กต์แบบดิจิทัลเช่นเรขาคณิตต่างแบบไม่ต่อเนื่องอาจเป็นที่สนใจของคุณ ฉันตระหนักถึงการกำหนด quasistatic ในDiscrete Elastic Rodsกระดาษ 2008 จากกลุ่ม Grinspun ที่ Columbia University แต่อาจมีวรรณกรรมล่าสุดในพื้นที่นี้


2

การเคลื่อนที่ของเชือกห้อยเป็นปัญหาการทดสอบอันเป็นที่รักของ Hairer and Wanner ซึ่งปรากฏในเล่มที่สอง (แข็ง) ของ "การแก้สมการเชิงอนุพันธ์สามัญ" และในฉบับที่สองของเล่มแรก (1993) ฉันแนะนำตัวเลือกสุดท้ายหน้า 247 สมการนั้นยากที่จะได้มาและอัลกอริทึมของวิธีแก้ปัญหาเชิงตัวเลขนั้นไม่ได้ตรงไปตรงมามาก แม้ว่าในตอนท้ายจะมีการใช้ Stepper อย่างชัดเจนเช่น DOPRI, RK45 หรือ ODEX และทำงานได้ค่อนข้างดีดังนั้นปัญหาจึงไม่แข็งทื่อ


1
ROPEปัญหาจากรูปแบบหนังสือเชือกที่ไม่ยืดที่มีการเปลี่ยนแปลงที่โดดเด่นด้วยผลกระทบเฉื่อย ดูเหมือนคำถามจะถามเกี่ยวกับเชือกที่ยืดออก
Jed Brown
โดยการใช้ไซต์ของเรา หมายความว่าคุณได้อ่านและทำความเข้าใจนโยบายคุกกี้และนโยบายความเป็นส่วนตัวของเราแล้ว
Licensed under cc by-sa 3.0 with attribution required.