This work proposes a model-reduction approach for the material point method on nonlinear manifolds. The technique approximates the $\textit{kinematics}$ by approximating the deformation map in a manner that restricts deformation trajectories to reside on a low-dimensional manifold expressed from the extrinsic view via a parameterization function. By explicitly approximating the deformation map and its spatial-temporal gradients, the deformation gradient and the velocity can be computed simply by differentiating the associated parameterization function. Unlike classical model reduction techniques that build a subspace for a finite number of degrees of freedom, the proposed method approximates the entire deformation map with infinite degrees of freedom. Therefore, the technique supports resolution changes in the reduced simulation, attaining the challenging task of zero-shot super-resolution by generating material points unseen in the training data. The ability to generate material points also allows for adaptive quadrature rules for stress update. A family of projection methods is devised to generate $\textit{dynamics}$, i.e., at every time step, the methods perform three steps: (1) generate quadratures in the full space from the reduced space, (2) compute position and velocity updates in the full space, and (3) perform a least-squares projection of the updated position and velocity onto the low-dimensional manifold and its tangent space. Computational speedup is achieved via hyper-reduction, i.e., only a subset of the original material points are needed for dynamics update. Large-scale numerical examples with millions of material points illustrate the method's ability to gain an order-of-magnitude computational-cost saving -- indeed $\textit{real-time simulations}$ in some cases -- with negligible errors.


翻译:这项工作建议对非线性元件的物质点方法采用模型递减方法。 技术通过将变形轨迹限制在从外观通过参数化功能表达出来的低维多元体上的方式,以接近变形地图的方式接近美元=textit{ 皮肤=$。 技术通过明确接近变形图及其空间时空梯度, 变形梯度和速度可以简单地通过区分相关的参数化功能来计算。 不同于为一定的自由度建立子空间的典型模型削减技术, 拟议的方法以无限的自由度来接近整个变形地图。 因此, 该技术支持在减少的模拟中改变分辨率, 通过生成培训数据中看不见的材料点, 生成材料点的能力也允许调整压力更新的二次曲线规则。 一种预测方法的组合只能产生 $\ texti{ 动态} 更新 。 也就是说, 每一步, 建立一定的自由度的变形模型, 数字递增的模型将显示整个变形图状图状速度的三种步骤 : 降速法到完全的变速率 。

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