專利名稱：分析裝置及模擬方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種分析粒子系統(tǒng)的分析裝置及模擬方法。
背景技術(shù)：
以往，作為用于以經(jīng)典力學(xué)或量子力學(xué)等為基礎(chǔ)利用計算機來探索所有物質(zhì)科學(xué)現(xiàn)象的方法，已知有基于分子動力學(xué)法(Molecular Dynamics Method,以下稱為MD法)的模擬。MD法由于以勢能函數(shù)給出物理性質(zhì)因此為模型化較少的方法，相反若粒子數(shù)增加，則計算量也會飛躍地增大，因此在實用性方面只能處理很少數(shù)量的粒子。因此，以往MD法主要多使用于材料的物理性質(zhì)預(yù)測等，與分析對象的形狀沒有多大關(guān)系的用途中。最近提出了，將該MD法發(fā)展成能夠處理宏觀系統(tǒng)的重正化群分子動力學(xué)法(Renormalized Molecular Dynamics,以下稱為RMD法)(例如，參考專利文獻I)。通過RMD法，分析對象擴大至齒輪、馬達等宏觀機械結(jié)構(gòu)物。處理宏觀分析對象時，通常需要設(shè)定重現(xiàn)包括其形狀在內(nèi)的分析對象的系統(tǒng)。因此以往想出了如下方法:按照分析對象的形狀決定記述分析對象的系統(tǒng)的形狀，使用網(wǎng)格生成用軟件在其形狀中生成網(wǎng)格，在生成的網(wǎng)格的節(jié)點上配置粒子。然而，該方法有在配置粒子之后粒子向位勢最穩(wěn)定位置移動，并使其結(jié)果形狀走樣之虞。專利文獻1:日本特開2006-285866號公報專利文獻2:日本特開2009-37334號公報以上述以往方法不能順利進行的情況較多為理由，本發(fā)明人進行如下考察。關(guān)于2體勢能函數(shù)，勢能函數(shù)僅取決于粒子間距離，該距離涉及到第3接近粒子的情況也很多。若粒子間距離較大，則相互作用力也變小，但是相互作用的粒子以與距離的3次方成比例的方式增多，因此還可能發(fā)生無法忽視重疊的大小的狀況。因該重疊的影響，即使人用腦思考以初始狀態(tài)穩(wěn)定地配置粒子，整個系統(tǒng)的勢能也并不是最穩(wěn)定的，這種情況也是很常見的。因此，粒子移動成為最穩(wěn)定位置，其結(jié)果有時偏離欲進行模擬的形狀。本申請人在專利文獻2中給出了對該課題的解決方案之一。專利文獻2中，公開了修正粒子間的勢能函數(shù)的技術(shù)。即，通過將以網(wǎng)格生成用軟件配置的節(jié)點彼此的初始距離設(shè)為勢能函數(shù)的穩(wěn)定點，可以使形狀不走樣地進行模擬。然而，還能夠發(fā)生不優(yōu)選修正勢能函數(shù)的狀況。因此期望可對應(yīng)更多狀況的其他解決方案。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明是鑒于這樣的課題而完成的，其目的在于提供一種能夠生成更穩(wěn)定的系統(tǒng)作為記述具有規(guī)定形狀的對象的系統(tǒng)的分析技術(shù)。本發(fā)明的一種方式涉及分析裝置。該分析裝置為分析具有規(guī)定形狀的對象的分析裝置，具備:前置生成部，生成包含多個粒子的系統(tǒng)；區(qū)域指定部，作為記述對象的系統(tǒng)，在通過前置生成部生成的系統(tǒng)中指定具有規(guī)定形狀的區(qū)域；及數(shù)值運算部，對支配記述對象的系統(tǒng)的各粒子的運動的支配方程式進行數(shù)值運算?；谠摲绞?，能夠從包含多個粒子的系統(tǒng)中生成記述對象的系統(tǒng)。本發(fā)明的其他方式為模擬方法。該方法中，在模擬具有規(guī)定形狀的機械結(jié)構(gòu)物時，準(zhǔn)備記述該機械結(jié)構(gòu)物形成為規(guī)定形狀之前的階段的狀態(tài)的包含多個粒子的系統(tǒng)，并從準(zhǔn)備的系統(tǒng)切出具有規(guī)定形狀的系統(tǒng)進行分析。另外，以上結(jié)構(gòu)要件的任意組合或?qū)⒈景l(fā)明的結(jié)構(gòu)要件、表現(xiàn)在裝置、方法、系統(tǒng)、計算機程序及儲存有計算機程序的記錄介質(zhì)等之間相互置換，這作為本發(fā)明的方式也是有效的。發(fā)明效果:根據(jù)本發(fā)明，能夠生成更穩(wěn)定的系統(tǒng)作為記述具有規(guī)定形狀的對象的系統(tǒng)。


圖1是表示本實施方式所涉及的分析裝置的功能及結(jié)構(gòu)的塊圖。圖2是表示規(guī)則系統(tǒng)的示意圖。圖3是表示非晶系的示意圖。圖4是表示多晶系的示意圖。圖5是表示通過圖1的區(qū)域指定部指定在圖4所示的多晶系中的區(qū)域的示意圖。圖6是表示通過在圖5所示的指定的區(qū)域中埋入剛體來生成的粒子系統(tǒng)的示意圖。圖7是表示圖1的分析裝置中的一系列處理的一例的流程圖。圖8是表示使用2個記述漸開線正齒輪的圖6所示的粒子系統(tǒng)的動態(tài)分析結(jié)果的示意圖。圖中:100-分析裝置，102-輸入裝置，104-輸出裝置，110-模型生成部，112-區(qū)域指定部，120-數(shù)值運算部，130-結(jié)果提示部，140-存儲部，150-前置生成部，152-規(guī)則系統(tǒng)生成部，154-變更部。
具體實施例方式以下，以優(yōu)選的實施方式為基礎(chǔ)并參考附圖對本發(fā)明進行說明。各附圖中所示的相同或等同的結(jié)構(gòu)要件、部件及處理中附加相同的符號，適當(dāng)?shù)厥÷灾貜?fù)的說明。以包含多個粒子的系統(tǒng)記述齒輪、橫梁、馬達等具有規(guī)定形狀的宏觀對象并進行分析時，需要使粒子在按照對象形狀的形狀位置上穩(wěn)定，但是如上所述以初始狀態(tài)將粒子配置于最穩(wěn)定位置是很困難的。因此，在本實施方式所涉及的分析裝置中，是準(zhǔn)備充分大于欲生成的粒子系統(tǒng)的粒子系統(tǒng)(以下，稱為鑄塊(ingot)粒子系統(tǒng))，而不是從一開始沿著對象的形狀排列粒子，充分進行松弛計算之后，從其結(jié)果切出目標(biāo)形狀。由此，即使不進行如專利文獻2所記載的勢能函數(shù)的修正，也能夠由簡單的MD法、RMD法等粒子法作成穩(wěn)定的復(fù)雜形狀。圖1是表示分析裝置100的功能及結(jié)構(gòu)的塊圖。在此所示的各塊在硬件中能夠由以計算機的CPU (central processing unit)為基礎(chǔ)的元件或機械裝置實現(xiàn),在軟件中可通過計算機程序等實現(xiàn)，在此，描繪出通過它們的協(xié)同工作實現(xiàn)的功能塊。因此，這些功能塊能夠通過硬件、軟件的組合以各種形態(tài)實現(xiàn)，這對于與本說明書有關(guān)聯(lián)的本領(lǐng)域技術(shù)人員來講是可理解的。分析裝置100以包含多個粒子的系統(tǒng)記述具有規(guī)定形狀的對象，并通過對粒子的運動方程式進行數(shù)值運算分析該系統(tǒng)。分析裝置100通過該運算獲取系統(tǒng)的時間發(fā)展、穩(wěn)定狀態(tài)，從如此得到的數(shù)據(jù)模擬對象，或提供對象的物理量的預(yù)測值。另外，在本實施方式中對基于MD法或RMD法分析粒子系統(tǒng)的情況進行說明，但是在基于 DEM (Distinct Element Method)或 SPH (Smoothed Particle Hydrodynamics)或MPS(Moving Particle Sem1-1mplicit)等其他粒子法分析粒子系統(tǒng)的情況下,也能夠應(yīng)用本實施方式所涉及的技術(shù)思想，這對于與本說明書有關(guān)聯(lián)的本領(lǐng)域技術(shù)人員來講是顯而易見的。分析裝置100與輸入裝置102及輸出裝置104連接。輸入裝置102可為用于接收與由分析裝置100執(zhí)行的處理有關(guān)的用戶輸入的鍵盤及鼠標(biāo)等。輸入裝置102可構(gòu)成為從因特網(wǎng)等網(wǎng)絡(luò)或CD、DVD等存儲介質(zhì)接收輸入來構(gòu)成。輸出裝置104可為顯示器等顯示設(shè)備或打印機等印刷設(shè)備。分析裝置100具備模型生成部110、數(shù)值運算部120、結(jié)果提示部130及存儲部140。模型生成部110根據(jù)通過輸入裝置102從用戶獲取的輸入信息，從鑄塊粒子系統(tǒng)SI生成記述對象的由N(N為自然數(shù))個粒子構(gòu)成的粒子系統(tǒng)S。模型生成部110將生成的粒子系統(tǒng)S的各粒子的位置、初始速度、質(zhì)量等作為粒子系統(tǒng)S的初始條件存儲于存儲部140。另外，基于MD法時可使粒子對應(yīng)于原子或分子?；蛘撸赗MD法時還可將粒子作為重正化的系統(tǒng)的粒子。模型生成部110包括前置生成部150和區(qū)域指定部112。前置生成部150生成包含M個(M為大于N的自然數(shù))粒子且大于欲生成的粒子系統(tǒng)S的鑄塊粒子系統(tǒng)SI。鑄塊粒子系統(tǒng)SI例如可為粒子有規(guī)則地配置的規(guī)則系統(tǒng)，或者還可為粒子配置成非晶狀的非晶系，或者還可為粒子配置成呈現(xiàn)多晶狀態(tài)的的多晶系。圖2是表示規(guī)則系統(tǒng)302的示意圖。在圖2所示的規(guī)則系統(tǒng)302中粒子配置成面心立方晶格狀。因此，能夠通過較低保持規(guī)則系統(tǒng)302的溫度，不破壞晶體即可將規(guī)則系統(tǒng)302保持成接近單晶的狀態(tài)。圖3是表示非晶系304的示意圖。非晶系304例如可通過如下獲得:首先，生成規(guī)則系統(tǒng)，并暫且將該規(guī)則系統(tǒng)設(shè)為較高溫度之后，進行驟冷。圖4是表示多晶系306的示意圖。多晶系306例如可通過如下獲得:首先，生成規(guī)則系統(tǒng)，并暫且將該規(guī)則系統(tǒng)設(shè)為較高溫度之后，進行緩慢冷卻。另外，在多晶系中也如圖4所示，由于構(gòu)成多晶的微晶的晶軸分別不同的狀態(tài)反復(fù)出現(xiàn)，因此與呈現(xiàn)均勻性的規(guī)則系統(tǒng)或非晶系相比多晶系中呈現(xiàn)不均勻性。返回圖1。前置生成部150具有規(guī)則系統(tǒng)生成部152和變更部154。規(guī)則系統(tǒng)生成部152生成包含M個粒子且大于欲生成的粒子系統(tǒng)S的規(guī)則系統(tǒng)。尤其通過規(guī)則系統(tǒng)生成部152生成的規(guī)則系統(tǒng)構(gòu)成為如粒子系統(tǒng)S不從該規(guī)則系統(tǒng)伸出的大小。規(guī)則系統(tǒng)生成部152在假想的3維空間內(nèi)設(shè)定大于粒子系統(tǒng)S應(yīng)占據(jù)的區(qū)域的區(qū)域，并在該區(qū)域內(nèi)將M個粒子配置成具有規(guī)則性的結(jié)構(gòu)。該規(guī)則性結(jié)構(gòu)可為面心立方晶格結(jié)構(gòu)、體心立方晶格結(jié)構(gòu)及六方密堆積結(jié)構(gòu)等規(guī)定晶體結(jié)構(gòu)，或者還可為通過公知的網(wǎng)格生成技術(shù)生成的網(wǎng)格。變更部154根據(jù)支配規(guī)則系統(tǒng)的各粒子的運動的支配方程式，變更通過規(guī)則系統(tǒng)生成部152生成的該規(guī)則系統(tǒng)。尤其是變更部154使規(guī)則系統(tǒng)變化為位勢上比非晶系或多晶系等規(guī)則系統(tǒng)更穩(wěn)定的系統(tǒng)。位勢上比規(guī)則系統(tǒng)更穩(wěn)定的系統(tǒng)還能夠稱為比規(guī)則系統(tǒng)更自發(fā)性地變化的系統(tǒng)?；蛘撸€能夠稱為比規(guī)則系統(tǒng)經(jīng)過了更長時間的系統(tǒng)。例如變更部154將通過規(guī)則系統(tǒng)生成部152生成的規(guī)則系統(tǒng)與溫度變化等規(guī)定松弛計算條件一同作為輸入給予后述的數(shù)值運算部120。數(shù)值運算部120以通過規(guī)則系統(tǒng)生成部152生成的規(guī)則系統(tǒng)的狀態(tài)作為初始狀態(tài)，利用離散化的粒子的運動方程式進行反復(fù)運算。變更部154若達到穩(wěn)定狀態(tài)等在數(shù)值運算部120中充分地反復(fù)進行了運算，則從數(shù)值運算部120獲取反復(fù)運算的結(jié)果得到的系統(tǒng)的信息作為變更后的系統(tǒng)的信息。S卩，變更部154獲取從初始狀態(tài)經(jīng)過充分的時間來松弛后的系統(tǒng)信息作為變更后的系統(tǒng)的信息。若將規(guī)定松弛計算條件例如設(shè)定為在數(shù)值運算部120中的反復(fù)運算時，將系統(tǒng)暫且設(shè)為較高溫度之后驟冷，則作為變更后的系統(tǒng)能夠獲得非晶系。并且若將規(guī)定松弛計算條件例如設(shè)定為數(shù)值運算部120中的反復(fù)運算中將系統(tǒng)暫且設(shè)為較高溫度之后緩慢冷卻，則作為變更后的系統(tǒng)能夠得到多晶系。另外，變更部154本身可根據(jù)規(guī)則系統(tǒng)的粒子的運動方程式，變更通過規(guī)則系統(tǒng)生成部152生成的該規(guī)則系統(tǒng)?；蛘?，變更部154還可將通過規(guī)則系統(tǒng)生成部152生成的規(guī)則系統(tǒng)的信息發(fā)送至外部的運算裝置(未圖示)，從該外部的運算裝置獲取在該外部的運算裝置中根據(jù)規(guī)則系統(tǒng)的粒子的運動方程式運算出的結(jié)果的信息作為變更后的系統(tǒng)的信息。前置生成部150生成通過規(guī)則系統(tǒng)生成部152生成的規(guī)則系統(tǒng)或通過變更部154變更的系統(tǒng)作為鑄塊粒子系統(tǒng)SI。區(qū)域指定部112從輸入信息獲取對象的形狀的信息。區(qū)域指定部112在通過前置生成部150生成的鑄塊粒子系統(tǒng)SI中指定具有獲取的對象的形狀的區(qū)域作為粒子系統(tǒng)S。圖5是表示通過區(qū)域指定部112在圖4所示的多晶系306中指定的區(qū)域308的示意圖。對象為漸開線正齒輪，因此區(qū)域指定部112在多晶系306中指定具有這種正齒輪形狀的區(qū)域308。區(qū)域指定部112也可在指定的區(qū)域?qū)嵤┯糜谝院蟮倪\算的規(guī)定處理。圖6是表示通過在圖5所示的指定的區(qū)域308埋入剛體310、312及314來生成的粒子系統(tǒng)316的示意圖。剛體310、312及314為了對粒子系統(tǒng)316施加旋轉(zhuǎn)用外力而設(shè)置。返回圖1。以下，粒子系統(tǒng)S的粒子全部設(shè)定為同質(zhì)或同等的粒子，并且勢能函數(shù)設(shè)定為2體位勢且不拘于粒子而具有相同形狀的情況進行說明。然而，其他情況下也能夠應(yīng)用本實施方式所涉及的技術(shù)思想，這對于與本說明書有關(guān)聯(lián)的本領(lǐng)域工作人員來講是顯而易見的。
數(shù)值運算部120對于通過模型生成部110生成的粒子系統(tǒng)S及根據(jù)情況通過規(guī)則系統(tǒng)生成部152生成的規(guī)則系統(tǒng)，數(shù)值運算支配該系統(tǒng)的各粒子的運動的支配方程式。尤其數(shù)值運算部120進行根據(jù)離散化的粒子的運動方程式的反復(fù)運算。數(shù)值運算部120包括力運算部122、粒子狀態(tài)運算部124、狀態(tài)更新部126及結(jié)束條件判定部128。力運算部122參考存儲于存儲部140的粒子系統(tǒng)S的信息，對于粒子系統(tǒng)S的各粒子根據(jù)粒子間的距離運算作用于該粒子的力。力運算部122對于粒子系統(tǒng)S的第i (I彡i彡N)粒子，決定與該第i粒子的距離小于規(guī)定切斷距離的粒子(以下，稱為接近粒子)。力運算部122對于各接近粒子，根據(jù)該接近粒子與第i粒子之間的勢能函數(shù)及該接近粒子與第i粒子之間的距離運算該接近粒子影響到第i粒子的力。尤其力運算部122從該接近粒子與第i粒子之間的距離的值中的勢能函數(shù)的梯度(Gradient)的值算出力。力運算部122通過對所有接近粒子合計接近粒子影響到第i粒子的力，算出作用于第i粒子的力。粒子狀態(tài)運算部124參考存儲于存儲部140的粒子系統(tǒng)S的信息，在離散化的粒子的運動方程式中應(yīng)用通過力運算部122運算的力，由此對粒子系統(tǒng)S的各粒子運算粒子的位置及速度中的至少一個。 本實施方式中，粒子狀態(tài)運算部124運算粒子的位置及速度雙方。粒子狀態(tài)運算部124從包括通過力運算部122運算出的力的離散化的粒子的運動方程式運算粒子的速度。粒子狀態(tài)運算部124根據(jù)跳步法或歐拉折線法等規(guī)定數(shù)值分析方法，使用規(guī)定的微小時間刻度At在離散化的粒子的運動方程式中代入通過力運算部122運算出的力，由此對粒子系統(tǒng)S的第i粒子運算粒子速度。該運算中使用在以前反復(fù)運算的步驟中運算出的粒子的速度。粒子狀態(tài)運算部124根據(jù)運算出的粒子的速度運算粒子的位置。粒子狀態(tài)運算部124根據(jù)規(guī)定數(shù)值分析方法，使用時間刻度At在離散化的粒子的位置與速度的關(guān)系式中應(yīng)用運算出的粒子的速度，由此對于粒子系統(tǒng)S的第i粒子運算粒子的位置。該運算中使用在以前反復(fù)運算的步驟中運算出的粒子的速度。狀態(tài)更新部126以通過粒子狀態(tài)運算部124運算出的位置及速度分別更新存儲于存儲部140的粒子系統(tǒng)S的各粒子的位置及速度。結(jié)束條件判定部128判定是否應(yīng)結(jié)束數(shù)值運算部120中的反復(fù)運算。應(yīng)結(jié)束反復(fù)運算的結(jié)束條件例如為已進行規(guī)定次數(shù)的反復(fù)運算或粒子系統(tǒng)S達到穩(wěn)定狀態(tài)或已從外部接收到結(jié)束的指示。當(dāng)滿足結(jié)束條件時，結(jié)束條件判定部128結(jié)束數(shù)值運算部120中的反復(fù)運算。當(dāng)不滿足結(jié)束條件時，結(jié)束條件判定部128使處理返回到力運算部122。于是，力運算部122以通過狀態(tài)更新部126更新的粒子的位置再次運算力。結(jié)果提示部130將通過模型生成部110生成的粒子系統(tǒng)S的分析結(jié)果提示給用戶。結(jié)果提示部130包括物理量運算部132、重標(biāo)度部134及描繪控制部136。在結(jié)束數(shù)值運算部120中的反復(fù)運算之后，物理量運算部132根據(jù)存儲于存儲部140的粒子系統(tǒng)S的信息，運算粒子系統(tǒng)S的各種物理量，例如溫度、壓力、應(yīng)力等。在模型生成部110中粒子系統(tǒng)S的粒子成為重正化的系統(tǒng)的粒子時，重標(biāo)度部134將通過物理量運算部132運算出的物理量轉(zhuǎn)換成重正化之前的系統(tǒng)的物理量。尤其重標(biāo)度部134通過在由物理量運算部132運算出的物理量乘以按每一物理量規(guī)定的標(biāo)度系數(shù)，由此獲得重正化之前的系統(tǒng)的物理量。物理量中也有應(yīng)力、溫度等在重正化轉(zhuǎn)換時不變的物理量，對這種物理量設(shè)定I (轉(zhuǎn)換前后不變)作為標(biāo)度系數(shù)。重標(biāo)度部134將轉(zhuǎn)換的物理量顯示于輸出裝置104。當(dāng)力運算部122中的反復(fù)運算結(jié)束之后，描繪控制部136根據(jù)存儲于存儲部140的粒子系統(tǒng)S的各粒子的位置、速度的信息，將粒子系統(tǒng)S的時間發(fā)展、穩(wěn)定狀態(tài)的情況圖形化顯示于輸出裝置104。在上述實施方式中，存儲部140的例子為硬盤或存儲器。并且，根據(jù)本說明書的記載，能夠通過未圖示的CPU、已被安裝的應(yīng)用程序的模塊、系統(tǒng)程序的模塊、臨時存儲從硬盤讀取的數(shù)據(jù)內(nèi)容的存儲器等實現(xiàn)各部，這對于與本說明書有關(guān)聯(lián)的本領(lǐng)域技術(shù)人員來講是可理解的。對基于以上結(jié)構(gòu)的分析裝置100的動作進行說明。圖7是表示分析裝置100中的一系列處理的一例的流程圖。規(guī)則系統(tǒng)生成部152生成規(guī)則系統(tǒng)(S202)。變更部154使數(shù)值運算部120實施生成的規(guī)則系統(tǒng)的松弛計算(S204)。區(qū)域指定部112在松弛計算的結(jié)果所得到的系統(tǒng)中指定具有對象的形狀的區(qū)域作為應(yīng)分析的粒子系統(tǒng)(S206)。力運算部122從粒子間距離運算作用于粒子的力(S208)。粒子狀態(tài)運算部124從包括運算出的力的粒子的運動方程式運算速度(S210)。粒子狀態(tài)運算部124從運算的速度運算粒子的位置(S212)。狀態(tài)更新部126以算出的位置更新存儲于存儲部140的粒子的位置(S214)。結(jié)束條件判定部128判定是否滿足結(jié)束條件(S216)。當(dāng)不滿足結(jié)束條件時(S216的否)，處理返回至S208。當(dāng)滿足結(jié)束條件時(S216的是)，結(jié)果提示部130將運算結(jié)果提示給用戶(S218)。根據(jù)本實施方式所涉及的分析裝置100，首先生成大于粒子系統(tǒng)S的鑄塊粒子系統(tǒng)SI，在該鑄塊粒子系統(tǒng)SI中指定應(yīng)成為粒子系統(tǒng)S的區(qū)域。由此，在粒子系統(tǒng)S的數(shù)值運算中，能夠降低由粒子的移動引起的預(yù)想不到的粒子系統(tǒng)S的形狀變化。并且，在本實施方式所涉及的分析裝置100中，當(dāng)區(qū)域指定部112從通過變更部154變更的系統(tǒng)中生成粒子系統(tǒng)S時，能夠?qū)⑼ㄟ^變更部154變更的系統(tǒng)、即鑄塊粒子系統(tǒng)SI設(shè)為充分進行了松弛計算的系統(tǒng)。這種系統(tǒng)例如為圖3所示的非晶系304或圖4所示的多晶系306。此時，各粒子通過松弛計算移動至位勢最穩(wěn)定或接近最穩(wěn)定的位置，因此從鑄塊粒子系統(tǒng)SI切出的粒子系統(tǒng)S的多半粒子配置于位勢最穩(wěn)定或接近最穩(wěn)定的位置。因此，在粒子系統(tǒng)S的數(shù)值運算中，由整個系統(tǒng)欲在位勢上成最穩(wěn)定而引起的粒子的預(yù)想不到的移動被限制，由這種移動引起的形狀變化也會被抑制。其結(jié)果，能夠生成位勢上更穩(wěn)定的粒子系統(tǒng)S。例如，根據(jù)本實施方式所涉及的分析裝置100，對圖4所示的多晶系306如圖5所示般嵌入“模具”，通過切削多余的粒子來獲得如圖6所示的復(fù)雜的形狀的粒子系統(tǒng)316。根據(jù)本發(fā)明人的探討，如此生成的粒子系統(tǒng)316中所含的粒子位于位勢上幾乎穩(wěn)定的位置，雖然有若干表面再構(gòu)成但看不到形狀走樣程度的粒子的移動。并且，在本實施方式所涉及的分析裝置100中，變更部154將通過規(guī)則系統(tǒng)生成部152生成的規(guī)則系統(tǒng)變更為多晶系等呈現(xiàn)不均勻性的系統(tǒng)，區(qū)域指定部112從這種呈現(xiàn)不均勻性的系統(tǒng)切出粒子系統(tǒng)S時，能夠在粒子系統(tǒng)S更自然地導(dǎo)入不均勻性。大部分金屬、陶瓷一般為多晶體，成為分析裝置100的分析對象，但材質(zhì)多為具有不均勻性的材質(zhì)。在本實施方式所涉及的分析裝置100中由于能夠包含該不均勻性而生成粒子系統(tǒng)S，因此可實現(xiàn)更貼切的模擬。在決定粒子系統(tǒng)的形狀之后將粒子配置于其中的以往的方法中，如上所述，連保持粒子系統(tǒng)的形狀也很困難，因此，一開始就在該粒子系統(tǒng)導(dǎo)入不均勻性是不現(xiàn)實的。相對于此，在本實施方式所涉及的分析裝置100中，能夠在粒子系統(tǒng)更自然地導(dǎo)入這種不均勻性。在本實施方式所涉及的分析裝置100中，圖3所示的非晶系304或圖4所示的多晶系306等，能夠按照松弛計算條件生成多種多樣的鑄塊粒子系統(tǒng)SI。齒輪等機械結(jié)構(gòu)物實際上有時從金屬的母材通過切削加工等形成為規(guī)定形狀。根據(jù)本實施方式所涉及的分析裝置100，當(dāng)模擬這種機械結(jié)構(gòu)物時，能夠生成記述該機械結(jié)構(gòu)物形成為規(guī)定形狀之前的階段的狀態(tài)的鑄塊粒子系統(tǒng)SI。例如，分析裝置100能夠生成記述金屬的母材的多晶系。在分析裝置100中從如此準(zhǔn)備的鑄塊粒子系統(tǒng)SI切出具有規(guī)定形狀的粒子系統(tǒng)S并進行分析，由此能夠形成形狀更穩(wěn)定的粒子系統(tǒng)S，并且可實現(xiàn)符合對象的更現(xiàn)實的模擬。圖8是表示使用2個記述漸開線正齒輪的圖6所示的粒子系統(tǒng)的動態(tài)分析結(jié)果的示意圖。圖8中的灰度表示應(yīng)力的大小。黑色箭頭表示時間的經(jīng)過?？招募^表示2個正齒輪中右側(cè)(輸入側(cè))旋轉(zhuǎn)的情況。左側(cè)的齒輪受到右側(cè)的齒輪的旋轉(zhuǎn)而被動地旋轉(zhuǎn)。從該結(jié)果可知，多晶晶界處的應(yīng)力大。這與在多晶中容易產(chǎn)生沿著晶界的滑動的見解一致。因此，根據(jù)本實施方式所涉及的分析裝置100，能夠更現(xiàn)實地評價對象的疲勞、破壞現(xiàn)象。本發(fā)明人考慮，在MD法中無需作成具有復(fù)雜形狀的系統(tǒng)，但是今后隨著RMD法的應(yīng)用范圍擴大，作成具有復(fù)雜形狀的系統(tǒng)的方法會逐漸變得重要。本實施方式所涉及的分析裝置100能夠以自然的形狀生成具有復(fù)雜形狀且穩(wěn)定的系統(tǒng)，因此能夠更良好地對應(yīng)這種狀況。以上，對實施方式所涉及的分析裝置100的結(jié)構(gòu)和動作進行了說明。這些實施方式為例示，可以對各結(jié)構(gòu)要件或各處理的組合進行各種變形例，并且這種變形例也包括在本發(fā)明范圍內(nèi)，這對本領(lǐng)域技術(shù)人員來講是可理解的。
權(quán)利要求
1.一種分析裝置，其分析具有規(guī)定形狀的對象，其特征在于，具備: 前置生成部，生成包含多個粒子的系統(tǒng)； 區(qū)域指定部，作為記述所述對象的系統(tǒng)，在通過所述前置生成部生成的系統(tǒng)中指定具有所述規(guī)定形狀的區(qū)域 '及 數(shù)值運算部，對支配記述所述對象的系統(tǒng)的各粒子的運動的支配方程式進行數(shù)值運笪
2.如權(quán)利要求1所述的分析裝置，其特征在于， 所述前置生成部包括: 規(guī)則系統(tǒng)生成部，生成包含規(guī)則地配置的多個粒子的系統(tǒng) '及變更部，將通過所述規(guī)則系統(tǒng)生成部生成的系統(tǒng)根據(jù)支配該系統(tǒng)的各粒子的運動的支配方程式進行變更， 所述區(qū)域指定部在通過所述變更部變更的系統(tǒng)中指定具有所述規(guī)定形狀的區(qū)域。
3.如權(quán)利要求2所述的分析裝置，其特征在于， 所述變更部將通過所述規(guī)則系統(tǒng)生成部生成的系統(tǒng)變更為該系統(tǒng)上呈現(xiàn)不均勻性。
4.一種模擬方法,其特征在于， 當(dāng)模擬具有規(guī)定形狀的機械結(jié)構(gòu)物時，準(zhǔn)備記述該機械結(jié)構(gòu)物形成為所述規(guī)定形狀之前的階段的狀態(tài)的包含多個粒子的系統(tǒng)，并從準(zhǔn)備好的系統(tǒng)切出具有所述規(guī)定形狀的系統(tǒng)并進行分析。
5.一種計算機程序，其使計算機實現(xiàn)分析具有規(guī)定形狀的對象的功能，其特征在于，使所述計算機實現(xiàn)如下功能: 生成包含多個粒子的系統(tǒng)的功能； 作為記述所述對象的系統(tǒng)，在生成的系統(tǒng)中指定具有所述規(guī)定形狀的區(qū)域的功能；及 對支配記述所述對象的系統(tǒng)的各粒子的運動的支配方程式進行數(shù)值運算的功能。
全文摘要
本發(fā)明提供一種分析裝置及模擬方法，其生成更穩(wěn)定的系統(tǒng)作為記述具有規(guī)定形狀的對象的系統(tǒng)。一種分析裝置(100)，分析具有規(guī)定形狀的對象。分析裝置(100)具備前置生成部(150)，生成包含多個粒子的系統(tǒng)；區(qū)域指定部(112)，在通過前置生成部(150)生成的系統(tǒng)中指定具有規(guī)定形狀的區(qū)域作為記述對象的系統(tǒng)；及數(shù)值運算部(120)，對支配記述對象的系統(tǒng)的各粒子的運動的支配方程式進行數(shù)值運算。
文檔編號G06F19/00GK103164589SQ20111040642
公開日2013年6月19日 申請日期2011年12月8日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月8日
發(fā)明者大西良孝 申請人:住友重機械工業(yè)株式會社