Timestepping schemes for nonsmooth dynamics based on discontinuous Galerkin methods: definition and outlook - Inria - Institut national de recherche en sciences et technologies du numérique Accéder directement au contenu
Rapport (Rapport De Recherche) Année : 2011

Timestepping schemes for nonsmooth dynamics based on discontinuous Galerkin methods: definition and outlook

Résumé

The contribution deals with timestepping schemes for nonsmooth dynamical systems. Traditionally, these schemes are locally of integration order one, both in smooth and nonsmooth periods. This is inefficient for applications with few events like circuit breakers, valve trains or slider-crank mechanisms. To improve the behavior during smooth episodes, we start activities twofold. First, we include the classic schemes in time discontinuous Galerkin methods. Second, we split smooth and nonsmooth force propagation. The correct mathematical setting is established with mollifier functions, Clenshaw-Curtis quadrature rules and appropriate impact representation. The result is a Petrov-Galerkin distributional differential inclusion. It defines two Runge-Kutta collocation families and enables higher integration order during smooth transition phases. As the framework contains the classic Moreau-Jean timestepping schemes for constant ansatz and test functions on velocity level, it can be considered as a consistent enhancement. An experimental convergence analysis with the bouncing ball example illustrates the capabilities.
Ce travail concerne des schemas a capture d'evenements pour les systemes dynamiques non reguliers. Traditionnellement, les methodes sont d'ordre un dans les periodes regulieres et non regulieres. Ceci n'est pas efficace pour des applications avec peu d'evenements comme les disjoncteurs, les distributions ou les liaisons mecaniques. Nous decrivons deux approches pour ameliorer le comportement des schemas pendant les episodes reguliers. D'abord, les schemas classiques sont reformules dans le cadre des methodes de Galerkin discontinues. Apres, nous decomposons les etapes regulieres et non regulieres de la propagation de la force. Le cadre mathematique rigoreux est base sur les fonctions approximatives, le calcul numerique d'une integrale utilisant Clenshaw-Curtis et une representation appropriee des impacts. Le resultat est une inclusion differentielle de type Petrov-Galerkin. Elle definit deux familles de methodes de collocation de type Runge-Kutta et permet l'integration a l'ordre eleve pendant les transitions regulieres. Comme les nouveaux schemas comprennent le schema classique de Moreau-Jean avec des fonctions d'ansatz et de test constantes pour la vitesse, on peut les voir comme une extension consistante. Une analyse experimentale de la convergence sur l'exemple de la bille rebondissante montre l'aptitude des methodes.
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Origine : Fichiers produits par l'(les) auteur(s)

Dates et versions

inria-00595460 , version 1 (24-05-2011)
inria-00595460 , version 2 (07-02-2012)

Identifiants

  • HAL Id : inria-00595460 , version 1

Citer

Thorsten Schindler, Vincent Acary. Timestepping schemes for nonsmooth dynamics based on discontinuous Galerkin methods: definition and outlook. [Research Report] RR-7625, 2011. ⟨inria-00595460v1⟩

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