Simulation of conforming contact in real-time multibody dynamics using a volumetric force model

Abstract

[Abstract] Simulation is a tool on the rise, especially in the industrial field. The usage of simulators grants the ability of studying, predicting and improving the behavior of a system, as well as designing a new one. In the case of mechanical processes simulators, the characterization of contacts and collisions between the different elements at play is one of the key factors to achieve a realistic simulation. If, furthermore, the simulator is designed to interact with machines or people, the need of real-time execution is imposed. Usually, these requirements produce a conflict of interest, since more complex algorithms demand larger execution times. Furthermore, all this is worsened by some application’s need of conforming contact simulation, this is, complex contacts where the size of the contact footprint is not negligible compared to the size of the bodies in collision. This work studies two methods suitable for conforming contact simulation and their possibilities to be used in real-time simulators are discussed.

[Resumo] A simulación é unha ferramenta en auxe, especialmente no ámbito industrial. O emprego de simuladores otorga a capacidade de estudar, predecir e mellora-lo comportamento dun sistema, así como de deseñar un novo. No caso dos simuladores de procesos mecánicos, a caracterización do contacto e das colisións entre os diferentes elementos en xogo é un dos factores clave para conseguir unha simulación fidedigna. Se, ademáis, ésta está deseñada para interactuar con máquinas ou persoas, imponse a necesidade de que a execución da simulación sexa en tempo real. Xeralmente, estos requerimentos producen un conflicto de intereses, xa que algoritmos máis complexos esixen tempos de execución máis amplos. Ademáis, todo isto vese perxudicado pola necesidade dalgunhas aplicacións de simular contactos conformes, isto é, contactos complexos nos que o tamaño da pegada de contacto non é desprezable en comparación ó tamaño dos corpos en colisión. Neste traballo estúdianse dous métodos adecuados para simular contactos conformes e debátense as súas posibilidades para ser aplicados en simuladores en tempo real.

[Resumen] La simulación es una herramienta en auge, especialmente en el ámbito industrial. El empleo de simuladores otorga la capacidad de estudiar, predecir y mejorar el comportamiento de un sistema, así como de diseñar uno nuevo. En el caso de los simuladores de procesos mecánicos, la caracterización del contacto y las colisiones entre los diferentes elementos en juego es uno de los factores clave para conseguir una simulación fidedigna. Si, además, ésta está diseñada para interactuar con máquinas o personas, se impone la necesidad de que la ejecución de la simulación sea en tiempo real. Generalmente, estos requerimientos producen un conflicto de intereses, ya que algoritmos más complejos exigen tiempos de ejecución más amplios. Además, todo esto se ve perjudicado por la necesidad de algunas aplicaciones de simular contactos conformes, esto es, contactos complejos en los que el tamaño de la huella de contacto no es despreciable en comparación al tamaño de los cuerpos en colisión. En este trabajo se estudian dos métodos adecuados para simular contactos conformes y se debaten sus posibilidades para ser aplicados en simuladores en tiempo real.