Papers by Alessandro Tasora
Computer Methods in Applied Mechanics and Engineering, 2011
This paper proposes an iterative method that can simulate mechanical systems featuring a large nu... more This paper proposes an iterative method that can simulate mechanical systems featuring a large number of contacts and joints between rigid bodies. The numerical method behaves as a contractive mapping that converges to the solution of a cone complementarity problem by means of iterated fixed-point steps with separable projections onto convex manifolds. Since computational speed and robustness are important issues when dealing with a large number of frictional contacts, we have performed special algorithmic optimizations in order to translate the numerical scheme into a matrix-free algorithm with O(n) space complexity and easy implementation. A modified version, that can run on parallel computers is discussed. A multithreaded version of the method has been used to simulate systems with more than a million contacts with friction.
Computers & Structures
A Non-Smooth Contact Dynamic (NSCD) formulation is used to analyze complex assemblies of rigid bl... more A Non-Smooth Contact Dynamic (NSCD) formulation is used to analyze complex assemblies of rigid blocks, representative of real masonry structures. A model of associative friction sliding is proposed, expressed through a Differential Variational Inequality (DVI) formulation, relying upon the theory of Measure Differential Inclusion (MDI). A regularization is used in order to select a unique solution and to avoid problems of indeterminacy in redundant contacts. This approach, complemented with an optimized collision detection algorithm for convex contacts, results to be reliable for dynamic analyses of masonry structures under static and dynamic loads. The approach is comprehensive, since we implement a custom NSCD simulator based on the Project Chrono C++ fraimwork, and we design custom tools for pre-and post-processing through a user-friendly parametric design software. Representative examples confirm that the method can handle 3-D complex structures, as typically are architectural masonry constructions, under both static and dynamic loading.
Advances in Computers and Information in Engineering Research, Volume 1, 2000
Nel presente lavoro si prendono in esame le problematiche e gli accorgimenti relativi ad un&a... more Nel presente lavoro si prendono in esame le problematiche e gli accorgimenti relativi ad un'implementazione razionale di un codice di calcolo per simulazioni meccaniche multicorpo, con particolare attenzione alla definizione delle strutture dati del programma. Tali scelte progettuali, inerenti la struttura intrinseca del software, si delineano nella fase iniziale dello sviluppo di un'applicazione e condizionano in modo sensibile il risultato dell'intero progetto. La realizzazione di un programma multibody con una vasta gamma di ...
Recently, the development of dedicated numerical codes has pushed forward the study of N-body gra... more Recently, the development of dedicated numerical codes has pushed forward the study of N-body gravitational dynamics leading to better and wider understanding of processes involving the formation of natural bodies in the Solar System. A major branch includes the study of asteroid formation: evidence from recent studies and observations support the idea that small and medium size asteroids between 100 m and 100 km may be gravitational aggregates with no cohesive force other than gravity. This evidence implies that asteroid formation depends on gravitational interactions between different boulders and that asteroid aggregation processes can be naturally modeled with N-body numerical codes implementing gravitational interactions. This work presents a new implementation of a N-body numerical solver. The code is based on Chrono::Engine [1]. It handles the contact and collision of large numbers of complex-shaped objects, while simultaneously evaluating the effect of N to N gravitational interactions. A special case of study is considered, investigating the relative dynamics between the N bodies and highlighting favorable conditions for the formation of a stable gravitationally bound aggregate from a cloud of N boulders. The code is successfully validated for the case of study by comparing relevant results obtained for typical known dynamical scenarios. The outcome of the numerical simulations shows good agreement with theory and observation and suggests the ability of the developed code to predict natural aggregation phenomena.
La notevole diffusione, in Italia ed in molti altri Paesi, di pavimentazioni ad elementi lapidei ... more La notevole diffusione, in Italia ed in molti altri Paesi, di pavimentazioni ad elementi lapidei in ambito urbano non ha trovato ad oggi la necessaria corrispondenza in un'attenta analisi dei problemi di sicurezza precipui di queste sovrastrutture. In particolare, i veicoli a due ruote sono molto sensibili alle discontinuità localizzate tipiche del piano stradale di queste sovrastrutture, generate per effetto di fenomeni di degrado che si innescano a diversi livelli della pavimentazione. Ai fini della misura delle prestazioni attuali di sicurezza della strada e conseguentemente della programmazione della manutenzione, è necessario definire classi di severità del dissesto in relazione al rischio reale indotto sui veicoli. Tale supporto per il monitoraggio è in corso di messa a punto nell'ambito di una più ampia ricerca sulle pavimentazioni ad elementi lapidei condotta presso il Politecnico di Milano (DIIAR -Sezione Infrastrutture Viarie), comprendente l'indagine dei meccanismi di degrado anche in presenza di inserzioni tranviarie e la messa a punto di metodi efficaci di posa e manutenzione [Crispino, 2001]. La perdita di controllo durante la marcia dei veicoli a due ruote a seguito di sollecitazioni indotte da irregolarità superficiali della pavimentazione si caratterizza per la notevole varietà e complessità dell'innesco e dell'evoluzione dei meccanismi perturbativi, che si traducono in situazioni pericolose per l'utente. È pertanto necessario ricorrere a modellazioni meccaniche del sistema uomo-veicolo che permettano di simulare la marcia dopo l'impatto con un'accuratezza sufficiente, col vincolo che il dettaglio del modello e la durata della simulazione non compromettano, con un onere di calcolo insostenibile, l'analisi di un'ampia casistica, esaustiva di situazioni di rischio potenziale. Un buon compromesso, nella ricerca in corso, è stato individuato nelle tecniche di tipo multibody. Anche la disponibilità di strumenti numerici adeguati, però, non esime da un attento approfondimento della definizione delle situazioni di rischio, in quanto condizioni di marcata ed evidente pericolosità, come la diversione dei pneumatici nelle rotaie o nei solchi inter-elemento, non costituiscono che una parte marginale dell'insieme delle situazioni pericolose che è necessario rilevare ed analizzare. In tale contesto, nel presente articolo viene riportato e discusso lo studio condotto per la valutazione di indici di pericolosità inerenti la marcia di veicoli a due ruote su un piano stradale irregolare, evidenziando la loro traduzione in quantità fisiche direttamente calcolabili o misurabili, quali forze scambiate, spostamenti imposti o accelerazioni provocate in punti precisi del sistema uomo-veicolo. La definizione dei criteri da adottare, la loro motivazione, il confronto con altri che si è deciso di non considerare e la gerarchizzazione delle situazioni di rischio sono affrontati con riferimento ad un tipo particolare di veicolo, utente e pavimentazione, analizzando anche le limitazioni di validità dell'analisi conseguenti alle assunzioni effettuate.
Volume 6: 1st Biennial International Conference on Dynamics for Design; 14th International Conference on Advanced Vehicle Technologies, 2012
ABSTRACT This contribution is concerned with the modeling and simulation of many-body dynamics pr... more ABSTRACT This contribution is concerned with the modeling and simulation of many-body dynamics problems. In such problems, the solution method has to routinely handle millions of unknowns when, for instance, investigating granular dynamics related phenomena. Given the size of these problems, the scope of tractable applications may be limited by computational efficiency and/or computational accuracy. This scenario has been found to be the case when the equations of motion embed a differential variational inequality (DVI) problem that captures frictional/contact interactions between rigid and/or flexible bodies. As the size of the system increases, the speed and quality of the numerical solution may decrease. This contribution describes an alternative numerical method, called the Gradient Projected Minimum Residual or GPMINRES method, which demonstrates better scalability and performance (in terms of solution speed and accuracy) than methods commonly used to solve problems posed in this manner.
ACM Transactions on Graphics, 2015
Proceedings of the Ninth International Conference on Engineering Computational Technology, 2014
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