We propose a novel multibody dynamics simulation framework that can efficiently deal with large-dimensionality and complementarity multi-contact conditions. Typical contact simulation approaches perform contact impulse-level fixed-point iteration (IL-FPI), which has high time-complexity from large-size matrix inversion and multiplication, as well as susceptibility to ill-conditioned contact situations. To circumvent this, we propose a novel framework based on velocity-level fixed-point iteration (VL-FPI), which, by utilizing a certain surrogate dynamics and contact nodalization (with virtual nodes), can achieve not only inter-contact decoupling but also their inter-axes decoupling (i.e., contact diagonalization). This then enables us to one-shot/parallel-solve the contact problem during each VL-FPI iteration-loop, while the surrogate dynamics structure allows us to circumvent large-size/dense matrix inversion/multiplication, thereby, significantly speeding up the simulation time with improved convergence property. We theoretically show that the solution of our framework is consistent with that of the original problem and, further, elucidate mathematical conditions for the convergence of our proposed solver. Performance and properties of our proposed simulation framework are also demonstrated and experimentally-validated for various large-dimensional/multi-contact scenarios including deformable objects.


翻译:我们提出一个新的多体动态模拟框架,可以有效处理大维度和互补性多接触条件。典型的接触模拟方法可以进行接触脉冲级固定点迭代(IL-FPI),具有与大型矩阵反转和倍增高度时间复杂性,以及容易发生不便接触情况。为绕过这一局面,我们提议了一个基于速度级固定点迭代(VL-FPI)的新框架,通过使用某种替代/可燃基调和接触节点(虚拟节点),不仅可以实现接触脉冲脱钩,而且可以实现相互交错(即接触二角化)。这使我们能够在每次VL-FPI迭代-loop期间能够一发/单数解接触问题,同时,我们提出一个基于速度级固定点迭代代(VL-FPI-FPI)的新框架,通过使用某种替代/可燃性矩阵反向/倍增,从而大大加快模拟时间,改进了趋同性。我们从理论上表明,我们框架的解决方案的解决方案的解决方案与我们最初的多面性模拟模型模型模型也符合我们提出的各种变的模型。

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