Mesh-based boundary handling using pressure forces : a new method for rigid body SPH boundary objects

Abstract

We present a new approach for incorporating boundary objects into fluid simulations performed with the method of Smoothed Particle Hydrodynamics. In our method collision and boundary objects are represented as polygonal meshes. The fluid interacts directly with these objects. However, unlike common approaches we do not employ intersection tests and reflections. Instead we correct the particle density through a continuous field. We further derive pressure and friction forces from this, which act on the particles that interact with the boundary object. Numerical experiments, which highlight the strengths and weaknesses of our method, are performed. Additionally, a comparison with a widely used method is presented. In the concluding remarks we discuss our method and come to the conclusion, that it requires improvements for some use cases, but has the potential to increase performance of coupled rigid-fluid simulations.

Wir präsentieren einen neuen Ansatz um Randobjekte in Fluid-Simulationen zu integrieren, welche mittels der Methode der Smoothed Particle Hydrodynamics durchgeführt werden. In unserer Methode werden Kollisions- bzw. Randobjekte als polygonales Mesh repräsentiert. Das Fluid interagiert direkt mit diesen. Hierzu verwenden wir jedoch keine Schnitttests und Reflektionen wie üblich. Wir korrigieren die Partikeldichte stattdessen durch ein kontinuierliches Feld. Weiter leiten wir daraus Druck- und Reibungskräfte her, welche auf die Partikel wirken, die mit dem Festkörper interagieren. Numerische Experimente, welche die Vorteile sowie auch die Schwächen unseres Modells hervorheben, werden durchgeführt. Weiter wird ein Vergleich mit einer weit verbreiteten Methode präsentiert. Im Fazit diskutieren wir unsere Methode und können schlussfolgern, dass sie Verbesserungen bezüglich mancher Anwendungsfälle benötigt, aber das Potential aufweist die Performance von gekoppelten StarrkörperFluid Simulationen zu erhöhen