In this paper, a realtime approach to the simulation of virtual paper with an adaptive mesh structure is proposed. The proposed method can be applied to arbitrary triangular mesh structures and efficiently produces wrinkles and creases on the paper surface with stable numerical integration and deformation-based mesh refinement. In order to plausibly represent the crumples on the paper object, we employed an adaptive mesh structure with breakable springs. Because the adaptive structure continuously inserts or removes vertices and edges to or from the mesh structure, the conservation of the mass and the momentum should be carefully taken into account for the plausible simulation of the virtual paper. The proposed method produced plausible animation of paper-like thin shell in realtime environments.
Variable-node finite element families, termed (4 + k + l + m + n)-node elements with an arbitrary number of nodes (k, l, m, and n) on each of their edges, are developed based on the generic point interpolation with special bases having slope discontinuities in two-dimensional domains. They retain the linear interpolation between any two neighboring nodes, and passes the standard patch test when subdomain-wise $2{\times}2$ Gauss integration is employed. Their shape functions are automatically generated on the master domain of elements although a certain number of nodes are inserted on their edges. The elements can provide a flexibility to resolve nonmatching mesh problems like mesh connection and adaptive mesh refinement. In the case of adaptive mesh refinement problem, so-called "1-irregular node rule" working as a constraint in performing mesh adaptation is relaxed by adopting the variable-node elements. Through several examples, we show the performance of the variable-node finite elements in terms of accuracy and efficiency.
Journal of the Computational Structural Engineering Institute of Korea
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v.12
no.3
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pp.447-455
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1999
An adaptive mesh generation scheme is developed for effective non-linear analysis of the shell structures under large deformation. In particular, based on a posteriori error estimation, remeshing method on each load step is of primary interest here. An advancing front method, called paving method, is adopted for remeshing. It can be known that the adaptive mesh generation using contours of spacing values obtained from stress errors has an advantage in the adaptive analysis of the shell structures.
Journal of the Korean Society for Industrial and Applied Mathematics
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v.17
no.4
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pp.295-306
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2013
In this paper, we consider the adaptive multigrid method for solving the Black-Scholes equation to improve the efficiency of the option pricing. Adaptive meshing is generally regarded as an indispensable tool because of reduction of the computational costs. The Black-Scholes equation is discretized using a Crank-Nicolson scheme on block-structured adaptively refined rectangular meshes. And the resulting discrete equations are solved by a fast solver such as a multigrid method. Numerical simulations are performed to confirm the efficiency of the adaptive multigrid technique. In particular, through the comparison of computational results on adaptively refined mesh and uniform mesh, we show that adaptively refined mesh solver is superior to a standard method.
Journal of the Society of Naval Architects of Korea
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v.33
no.1
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pp.90-97
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1996
The optimal mesh refinement has a meaning that error of the every element is within an allowable level and in uniformly distributed. The adaptive mesh generation may be required to achieve the optimal mesh generation. For the purpose of optimal mesh generation, an error estimation and an adaptive mesh refinement are required. Using the adaptive mesh generation the second finite element analysis is performed with the result of the first analysis. In the process the error estimation is required. In this study the adaptive mesh generation program for triangular element is developed, and for a posteriori error estimation the stress projection approach is considered. It has been found the multigrid technique, where the error estimation and the mesh generation are combined in multi-step of analysis, may be used efficiently in the finite element analysis.
Korean Journal of Computational Design and Engineering
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v.18
no.6
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pp.461-469
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2013
Computer simulation with FEM is very useful to analyze hypervelocity impact phenomena that are tremendously expensive or otherwise too impractical to analyze experimentally. Shock physics can be efficiently handled by mesh adaptation which allows finite element mesh to be locally optimized to resolve moving shock wave in explosion. In this paper, an adaptive meshing technique based upon quadtree data structure was applied to resolve ballistic impact phenomena. The technique can adaptively refine a mesh in the neighborhood of a shock and coarsen the mesh for the smooth flow behind the shock according to a criterion. The criterion for refinement and coarsening is based upon the standard deviation of the gradient of shock pressure on the associated field. Shock simulation starts with the rough mesh of the pressure field and mesh density is increased locally under the criterion at each time step. The results show that the mesh adaptation enables to minimize the global computation error of FEM and to increase storage and computational saving compared to the fixed resolution of the conventional static mesh approach.
An unstructured mesh method has been developed for the simulation of steady and time-accurate flows around helicopter rotors. A dynamic and quasi-unsteady solution-adaptive mesh refinement technique was adopted for the enhancement of the solution accuracy in the local region of interest involving highly vortical flows. Applications were made to the 2-D blade-vortex interaction aerodynamics and the 3-D rotor blades in hover. The interaction between the rotor and the airframe in forward flight was investigated by introducing an overset mesh technique.
The Transactions of the Korean Institute of Electrical Engineers
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v.38
no.2
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pp.100-105
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1989
This paper presents an adaptive finite element method for magnetostatic force computation using Maxwell's stress tensor. Mesh refinements are performed automatically by interelement magnetic field intensity discontinuity errors and element force errors. In initial mesh, the computed forces for different integration paths give great differences, but converge to a certain value as mesh division is performed by the adaptive scheme, We obtained good agreement between analytic solutions and numerical values in typical examples.
This paper deals with the development of h-version adaptive mesh refinement and recovery strategy using variable-node elements and its application to various engineering field problems with 2D quadrilateral and 3D hexahedral models. The variable-node elements which have variable mid-side nodes on edges or faces are effectively used in overcoming some problems in connecting the different layer patterns of the transition zone between the refined and coarse mesh. A modified recovery technique of gradients adequate for variable-node elements and proper selection of error norms for each engineering field problems are proposed. In the region in which the error is greater than the permissible refinement error, the mesh is locally refined by subdivision. Reversely, in some parts of the domain having the error smaller than the permissible recovery error, the mesh is locally recovered (coarsened) by combination. Hierarchical structures (e.g. quadtrees and octrees) and element-based storage structures are composed to perform this adaptive process of refinement and recovery. Some numerical examples of a 3D heat conduction analysis of the concrete with hydration heat and a 2D flow analysis of vortex shedding show effectiveness and validity of the proposed scheme.
The present work is concerned with the development of a procedure for adaptive computations of shear localization problems. The maximum jump of equivalent strain rates across element boundaries is proposed as a simple error indicator based on interpolation errors, and successfully implemented in the adaptive mesh refinement scheme. The time step is controlled by using a parameter related to the Lipschitz constant, and state variables in target elements for refinements are transferred by $L_2$-projection. Consistent tangent moduli with a proper updating scheme for state variables are used to improve the numerical stability in the formation of shear bands. It is observed that the present adaptive mesh refinement procedure shows an excellent performance in the simulation of shear localization problems.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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