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粒子法における界面粒子の判定方法および装置、ならびに界面粒子の判定用プログラム 実績あり 外国出願あり

国内特許コード P120007669
整理番号 2212
掲載日 2012年6月14日
出願番号 特願2010-529721
登録番号 特許第5429886号
出願日 平成21年9月8日(2009.9.8)
登録日 平成25年12月13日(2013.12.13)
国際出願番号 JP2009065655
国際公開番号 WO2010032656
国際出願日 平成21年9月8日(2009.9.8)
国際公開日 平成22年3月25日(2010.3.25)
優先権データ
  • 特願2008-239690 (2008.9.18) JP
発明者
  • 後藤 仁志
  • カイヤー アバス
出願人
  • 国立大学法人京都大学
発明の名称 粒子法における界面粒子の判定方法および装置、ならびに界面粒子の判定用プログラム 実績あり 外国出願あり
発明の概要 本発明の粒子法における界面粒子の判定方法は、判定対象の粒子を基準とする所定範囲の密度を取得する密度取得ステップと、前記密度を所定の閾値と比較する第1の判別ステップと、前記判定対象の粒子を基準とする所定範囲内における他の粒子の配置の対称性を判別する第2の判別ステップと、前記第1の判別ステップによって前記密度が所定の閾値よりも小さいと判別され、かつ、前記第2の判別ステップによって前記他の粒子の配置が非対称であると判別された場合に、前記判定対象の粒子を界面粒子であると判定する判定ステップと、を含む。
従来技術、競合技術の概要



従来、流体等の挙動を解析する手法として格子法と粒子法とが知られている。このうち格子法は解析対象の領域を格子で覆い、各格子位置における流体等の速度、圧力等を求めていく手法であり、差分法、有限要素法、有限体積法等の数々の手法が存在している。しかし、格子法は、自由表面(界面)の飛散のような大変形を扱うことが困難であり、対象領域に格子を作成する煩雑な作業が必要であるという欠点を包含している。





これに対して、粒子法は、流体等を複数の粒子の集まりとして表現し、これら粒子間の相互作用の計算によって流体等の挙動を解析する。したがって、粒子法は、格子法で行われているような格子の生成が不要であり、自由表面の大変形にも比較的容易に対応できるという利点がある。

なお、粒子法としては、圧縮性流体の挙動を陽解法で計算するSPH法や、非圧縮性流体の挙動を半陰解法で計算するMPS法が知られている。後者に関する技術は、下記特許文献1,2により公知である。また、SPH法に半陰解法のアルゴリズムを導入し、人工粘性の導入なしに非圧縮性流体の解析を可能にしたISPH法等も知られている。





粒子法、特にMPS法を用いて非圧縮性流体の挙動を解析する場合、非圧縮性の条件から、流体中の一の粒子を基準とする所定の基準半径内(基準範囲内)における粒子数密度は一定値をとる。このため、MPS法では、粒子数密度が常に一定値をとるように粒子の速度や位置を修正することによって流体の挙動を解析している。

また、MPS法では、粒子が流体の上面(自由表面;界面)に位置するか否かを判定するために、当該粒子の位置における粒子数密度niが一定値n0に対して次式(1)の条件を満たすか否かを判定する。

i<βn0 ・・・(1)

(ただし、βはモデル定数(推奨値β=0.97))





一方、SPH法では、粒子数密度niではなく流体の密度ρiが一定値ρ0に対して次式(2)の条件を満たす場合に、その粒子が自由表面に位置する粒子であると判定する。

ρi<βρ0 ・・・(2)

(ただし、βはモデル定数(推奨値β=0.99))





非圧縮性流体の場合、基準範囲の粒子数密度は流体の密度と比例するため、上記(1)式と(2)式とはほぼ同様の判定をしていることになる。





しかしながら、上記の判定だけでは、自由表面に位置する粒子以外の粒子(流体内部の粒子)についても自由表面粒子として判定される場合があった。図7は、MPS法によって容器中の流体を解析した結果を示しており、上記手法によって自由表面の粒子と判定された粒子が●で示され、自由表面の粒子ではないと判定された粒子が○で示されている。この結果から明らかなように、従来の界面判定方法では、流体内部においても自由表面粒子が出現するという誤判定が見られる。

産業上の利用分野



本発明は、粒子法を用いて流体や粉体(以下、「流体等」という)の挙動を解析するにあたり、流体等の界面に位置する粒子を判定するために用いられる界面粒子の判定方法および装置、ならびに界面粒子の判定用プログラムに関する。

特許請求の範囲 【請求項1】
解析対象を粒子の集まりとして表現し、この粒子の動きを計算によって解析する粒子法において、前記解析対象の界面に位置する粒子を判定するための界面粒子判定方法であって、
判定対象の粒子を基準とする所定範囲の密度を取得する密度取得ステップと、
前記密度を所定の閾値と比較する第1の判別ステップと、
前記判定対象の粒子を基準とする所定の単一の範囲内における他の粒子の配置の対称性を判別する第2の判別ステップと、
前記第1の判別ステップによって前記密度が所定の閾値よりも小さいと判別され、かつ、前記第2の判別ステップによって前記他の粒子の配置が非対称であると判別された場合に、前記判定対象の粒子を界面粒子であると判定する判定ステップと、を含み、
前記第2の判別ステップは、
前記判定対象の粒子の座標と、前記所定の単一の範囲内における他の粒子の座標との差の総和が所定の閾値を超える場合に、前記他の粒子の配置が非対称であると判別することを特徴とする粒子法における界面粒子の判定方法。

【請求項2】
解析対象を粒子の集まりとして表現し、この粒子の動きを計算により解析する粒子法において、前記解析対象の界面に位置する粒子を判定するための界面粒子の判定装置であって、
判定対象の粒子を基準とする所定範囲の密度を取得する密度取得手段と、
前記密度を所定の閾値と比較する第1の判別手段と、
前記判定対象の粒子を基準とする所定の単一の範囲内における他の粒子の配置の対称性を判別する第2の判別手段と、
前記第1の判別手段によって前記密度が所定の閾値よりも小さいと判別され、かつ、前記第2の判別手段によって前記他の粒子の配置が非対称であると判別された場合に、前記判定対象の粒子を界面粒子であると判定する判定手段と、を含み、
前記第2の判別手段は、前記判定対象の粒子の座標と、前記所定の単一の範囲内における他の粒子の座標との差の総和が所定の閾値を超える場合に、前記他の粒子の配置が非対称であると判別することを特徴とする粒子法における界面粒子の判定装置。

【請求項3】
解析対象を粒子の集まりとして表現し、この粒子の動きを計算により解析する粒子法において、前記解析対象の界面に位置する粒子を判定するための処理を行うコンピュータを、
判定対象の粒子を基準とする所定範囲の密度を取得する密度取得手段、
前記密度を所定の閾値と比較する第1の判別手段、
前記判定対象の粒子を基準とする所定の単一の範囲内における他の粒子の配置の対称性を判別する第2の判別手段、および、
前記第1の判別手段によって前記密度が所定の閾値よりも小さいと判別され、かつ、前記第2の判別手段によって前記他の粒子の配置が非対称であると判別された場合に、前記判定対象の粒子を界面粒子であると判定する判定手段、として機能させ、
前記第2の判別手段が、前記判定対象の粒子の座標と、前記所定の単一の範囲内における他の粒子の座標との差の総和が所定の閾値を超える場合に、前記他の粒子の配置が非対称であると判別するものである界面粒子の判定用プログラム。
国際特許分類(IPC)
Fターム
  • 5L049DD02
画像

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JP2010529721thum.jpg
出願権利状態 登録
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