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Simulação interativa de tecidos e roupas: técnicas para o desenvolvimento de um simulador
Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Ciências da Computação, Florianópolis, 2014.Há o interesse na simulação de roupas em qualquer aplicação onde há a presença de humanos virtuais. Contudo, simular o comportamento de tecidos no corpo de uma pessoa é uma tarefa complexa. Além disso, existe a constante necessidade de se obter resultados mais rápidos que viabilizem a simulação de indumentárias cada vez mais detalhadas. Este trabalho aborda técnicas relativas a diferentes etapas e aspectos do processo de simulação. Propõe-se uma otimização para um método para gerar efeitos de rasgo e corte. Ainda, introduz-se um algoritmo para a geração de linhas de costura em malhas de triângulos. As técnicas aqui descritas são utilizadas na implementação de um simulador cujo propósito é agilizar o desenvolvimento de sistemas para projeto e confecção de roupas.Abstract : There is interest in the simulation of clothes in any application where there is the presence of virtual humans. However, simulate the behavior of fabric on the body of a person is a complex task. In addition, there is a constant need to get faster results that allow the simulation of increasingly detailed garment. This work discusses techniques for different stages and aspects of the simulation process. We propose an optimization for a method used to generate effects of tearing and cutting. Also, we introduce an algorithm to generate seam lines for triangle meshes. The techniques described herein are used in the implementation of a simulator whose purpose is to facilitate the development of systems for designing and making clothes
Macro-mechanical modelling and simulation of textile fabric and clothing with S-FEM
Tese de Doutoramento Programa Doutoral em Engenharia TêxtilEsta tese propõe um método de elementos finitos, designado por S-FEM (Smoothed Finite Element
Method), para modelação e análise mecânica de estruturas têxteis planas. Neste enquadramento
teórico, supõe-se que a estrutura têxtil não-tecida é um material isotrópico elástico, enquanto a
estrutura têxtil tecida é um material elástico com anisotropia ortotrópica, para os quais as leis
constitutivas utilizam propriedades mecânicas de baixa pressão (low stress) com base na Medição
Objetiva de Tecidos (FOM - Fabric Objective Measurement).
As formulações de elementos finitos de baixa ordem baseadas em deslocamento quando aplicadas a
elementos finitos de placas (plate/shell) quadriláteras de 4 nós, incluindo campos de tensão de
cisalhamento transversal, baseiam-se nas contribuições de Raymond Mindlin e por Eric Reissner, no
que agora se designa teoria de deformação por cisalhamento de primeira ordem (first-order shear
deformation, do inglês, ou FSDT de forma abreviada), ou simplesmente teoria de Mindlin-Reissner, e
nas abordagens MITC (Mixed Interpolation of Tensorial Components), são nesta tese combinadas com
a técnica de suavização do/da gradiente/tensão nos termos dos modelos S-FEM por forma a mitigar
problemas como são o caso da distorção de elementos finitos, da granularidade grosseira da malha,
bem como dos bem conhecidos fenómenos de bloqueio. As malhas de quadriláteros são utilizadas
nesta tese devido à sua capacidade de representar geometrias complexas de tecidos em resultado de
deformações mecânicas como são os casos da recuperação face à pressão planar, flexão,
deformação, vibração, drapejamento, etc.
Refira-se que foi desenvolvido e implementado em Matlab um software para os novos modelos de
elementos finitos, em grande medida devido à inexistência de modelos S-FEM em softwares de análise
de elementos finitos (finite element analysis ou FEA), lacuna esta que ocorre quer em softwares
comerciais, quer não comerciais, e até em códigos abertos. Exemplos numéricos para as aplicações
básicas de engenharia no que respeita à modelação mecânica de folhas de tecido fino e de folhas de
tecido de espessura média em estudos de casos tÃpicos, como é o caso da recuperação face a pressão
planar, flexão, deformação e comportamento livre de vibrações, indicam que os elementos finitos
(plate/shell) desenvolvidos com a técnica de suavização de tensão e MITC acabam por aliviar os
efeitos de distorção dos elementos, a granularidade grosseira da malha e efeito de bloqueio na
modelação e análise mecânica de tecidos muito finos e até mesmo de tecidos de espessura média. Os modelos de elementos finitos de placas (plate/shell) desenvolvidos durante o trajeto desta tese,
bem como as suas propriedades mecânicas de baixa tensão em termos de FOM, são, portanto, bem
adaptados à modelação e análise numérica de deformação macro-mecânica de folhas de tecido muito
fino e de folhas de tecido de espessura média, incluindo ao mesmo tempo análise de deformação
mecânica simples e complexa.An S-FEM (Smoothed Finite Element Method) for mechanical analysis and modelling of the textile
fabrics is proposed. In this theoretical framework, one assumes that the non-woven fabric is an elastic
isotropic material, while the woven fabric is an elastic with orthotropic anisotropy for which the
constitutive laws formulated are using low-stress mechanical properties based on FOM (Fabric
Objective Measurement). The displacement-based low-order finite element formulations for four-node
quadrilateral plate/shell finite element, including assumed transverse shear strain fields, are based
on the contributions of Raymond Mindlin and by Eric Reissner as FSDT (first-order shear deformation
theory and so-called the Mindlin-Reissner theory) together with MITC (Mixed Interpolation of Tensorial
Components) approaches, which are combined with the gradient/strain smoothing technique in terms
of S-FEM models contributed by G. R. Liu et al. in order to mitigate problems as element distortion,
mesh coarseness as well as the well-known locking phenomena. Quadrilateral meshes are used due
to ability to represent complicated geometries of complex mechanical deformation of the fabric such
as plane stress recovery, bending, buckling, vibration, draping behavior, etc. The finite element
computer codes were developed in MATLAB for the new formulated plate/shell finite element models
due to the lack of FEM (Finite Element Method) packages for S-FEM models in both commercial and
non-commercial FEA (Finite Element Analysis) computer applications, and even from open-source
platforms. Numerical examples for the basic engineering applications of mechanical modelling of thin
to moderately thick fabric sheet in the typical case studies such as in-plane stress recovery, bending,
buckling and free-vibration behavior, indicate that the developed plate/shell finite elements with
assumed strain smoothing technique and MITC, do alleviate element distortion, mesh coarseness,
and locking effect even for mechanical analysis and modelling very thin to moderately thick fabric. The
developed plate/shell finite element models and low-stress mechanic properties in terms of FOM are,
therefore, well adapted for numerical analysis and modelling of macro-mechanical deformation of the
thin to moderately thick fabric sheet including both simple and complex mechanical deformation
analysis.EMECW L12 MOBILITY GRANT AWARD CONTRACT BTG_559
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