文章来源:
Robust Quasistatic Finite Elements and Flesh Simulation
3.Quasistatic Formulation
{
公式
xt→=v⃗
以及
vt→=M−1f⃗ (t,x⃗ ,t⃗ )
中下标
t
表示对
}
4.Strain Energy
That is, the global stiffness matrix −∂f⃗ /∂x⃗ is always symmetric, as a result of the hyperelastic energy having continuous second derivatives with respect to the spatial configuration.
{
[引用于https://en.wikipedia.org/wiki/Symmetry_of_second_derivatives#Schwarz.27_theorem]
Schwarz’ theorem
In mathematical analysis, Schwarz’ theorem (or Clairaut’s theorem) named after Alexis Clairaut and Hermann Schwarz, states that if
f:Rn→R
has continuous second partial derivatives at any given point in
Rn
, say,
(a1,…,an)
, then
∀i,j∈{1,2,…,n}
,
The partial derivations of this function are commutative at that point.
}
{
所以对于 Ψ 的黑塞 H 矩阵中的元素来说
}
Furthermore, a steady state corresponds to a local minimum of the hyperelastic energy indicating that the energy Hessian,
∂2Ψ/∂x⃗ 2
, (or equivalently the global stiffness matrix)is positive definite in the vicinity of an isolated steady state.
{
[引用于Hessian Matrix]
也就是在临界点时,黑塞矩阵正定则对应函数值的最小点
}
{
Critical points
If the gradient (the vector of the partial derivatives) of a function f is zero at some point x, then f has a critical point (or stationary point) at x.
}
7.Diagonalization
公式(4)的推导
{
这里要证明两点:
(1)
δ(UTFV)=UTδFV
(2)
∂UP(UTFV)VT∂(UTFV)∣∣∣F:δ(UTFV)=U{∂P(F)∂F∣∣∣UTFV:UTδFV}VT
证明:
(1)
(2)
注意这里运用到的一些公式:
引用来源:tensors.pdf p31,p83
}
8. Enforcing Positive Definiteness
{
我们先看下P与F的关系
引用于The classical FEM method and discretization methodology: Course Notes (Eftychios Sifakis) p23
将F写成
F=UF^VT
,则
P=U(ΨI⋅2F^+ΨII⋅4F^3+ΨIII⋅2III⋅F^−1)VT
写成索引形式:
Pij=f(σ1,σ2,σ3)kUikVjk
将F写成索引形式:
Fij=σkUikVjk
那么
∂Pij∂Fij∣∣∣F^=∂Pij∂Fij∣∣∣σ1,σ2,σ3
注意这里自变量为
F^
,即把变量限制为
σ1,σ2,σ3
,当然此时
Uik,Vjk
此时就变成了
δik,δjk
另外约定:
∂c∂a,∂a∂c
为0,
∂c1∂c2
是无意义的,其中
a
为变量,
所以通过这种方式可以确定9*9矩阵里面的前三行和前三列,交叉部分的偏导可以把变量限制为
σ1,σ2,σ3
,其余部分为0,那么求
A
的时候我们会用这种形式来求.
先来求
B
另外注意一点
即
∂f(σ1,σ2,σ3)∂Fij∣∣∣F^=∂f(σ1,σ2,σ3)∂σkUikVjk∣∣∣F^=∂f(σ1,σ2,σ3)∂σkδij∣∣∣(σ1,σ2,σ3)=∂f(σ1,σ2,σ3)∂0∣∣∣(σ1,σ2,σ3)=0
注意由于是非对角线元素所以,
i≠j
,即
δij=0
下面开始求B,注意下面中的
i≠j
,
p≠q
∂Fij∂Fpq=δipδjq
这里强调下 δ 的化简方式通常是往常量去化,比如说: δliδkjFikFlj 这里 i,j 为常量, l,k 为变量 ,所以说应该化 FijFij
下面引用来源:tensors.pdf p50
A−1=adj(A)|A|=cof(A)T|A|
PDF上其实有点错误,修正因为
C1i=ϵijkA2jA3k,C2i=ϵijkA3jA1k,C3i=ϵijkA1jA2k
这里C代表A的余子阵cofacter
所以
注意这里\oplus记成模3循环加法,我也不知道怎么定义=.=,自创的,即 2⊕2=1
现在小结一下:
这样就把
B
中的
下面来求
A
Fjj=UjkVjkσk
如果
i=j
引用于The classical FEM method and discretization methodology: Course Notes (Eftychios Sifakis) p23
当
i≠j
}