JP2000172883A - Fluid simulator - Google Patents

Fluid simulator

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JP2000172883A
JP2000172883A JP34285898A JP34285898A JP2000172883A JP 2000172883 A JP2000172883 A JP 2000172883A JP 34285898 A JP34285898 A JP 34285898A JP 34285898 A JP34285898 A JP 34285898A JP 2000172883 A JP2000172883 A JP 2000172883A
Authority
JP
Japan
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grid
fluid
data
intersection
analysis
Prior art date
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Pending
Application number
JP34285898A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Toyoshi Kamisako
豊志 上迫
Akira Nakano
明 中野
Nobuo Shimomura
信雄 下村
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Panasonic Holdings Corp
Original Assignee
Matsushita Refrigeration Co
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Publication date
Application filed by Matsushita Refrigeration Co filed Critical Matsushita Refrigeration Co
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  • Aerodynamic Tests, Hydrodynamic Tests, Wind Tunnels, And Water Tanks (AREA)
  • Management, Administration, Business Operations System, And Electronic Commerce (AREA)

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To improve a fluid behavior analyzing efficiency of a fluid simulator which simulates a fluid flowing around an object by shortening the grid generating time of the simulator by improving the functions of the simulator for recognizing shape of object and for discriminating fluid and nonfluid area in a calculated area. SOLUTION: An analytical data generating section 3 is provided with a function which projects a hierarchical grid generated by adjusting roughness and fineness in a three-dimensional space upon a plane in the direction of each coordinate axis and defines the intersections of shape surface elements and a Descartes grid by sweeping grid points on the projected plane in the direction of a coordinate axis perpendicular to the projected plane, and based on the generated grid points, scans the intersection of the object surface most adjacent to the grid point in the directions of all coordinate axes and discriminates a fluid area when the inner product values of the normal vectors of the surface elements to which each intersection belongs and the distance vectors toward the grid points from the intersections are not negative and a nonfluid area in the other case. Thus, the grid forming time can be shortened and the fluid behavior analyzing efficiency of the simulator can be improved.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、物体の周囲を流れ
る流体の挙動を3次元の格子を用いて数値的に解析する
流体シミュレーション装置に関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a fluid simulation apparatus for numerically analyzing the behavior of a fluid flowing around an object using a three-dimensional grid.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来、この種の流体シミュレーション装
置による流体の流れ状態を取り扱う流体力学の分野にお
いては、コンピュータの急速な進歩に伴いCAEによる
数値シミュレーションの研究が飛躍的に発展し、計算量
が膨大となるために事実上解析が不可能であったような
3次元の大規模問題でさえ解析が可能となっている。こ
の種の流体シミュレーションとして、特願平9−230
901号公報に開示されたものがある。
2. Description of the Related Art Conventionally, in the field of fluid dynamics in which the flow state of a fluid is handled by this kind of fluid simulation apparatus, research on numerical simulation by CAE has been dramatically developed with the rapid progress of computers, and the amount of calculation has been increased. It is possible to analyze even a three-dimensional large-scale problem that would be practically impossible to analyze because of its enormous volume. As this kind of fluid simulation, Japanese Patent Application No. 9-230 is disclosed.
No. 901 is disclosed.

【0003】以下、図面を参照して従来の数値シミュレ
ーション装置と処理手段について説明する。
Hereinafter, a conventional numerical simulation apparatus and processing means will be described with reference to the drawings.

【0004】ここで、物体形状を表現するために該物体
表面に作成する三角形等の2次元メッシュを「面要
素」、実際に計算に用いるために作成された六面体等の
3次元メッシュを「格子」と呼んで区別する。
Here, a two-dimensional mesh such as a triangle created on the surface of the object to represent the shape of the object is referred to as a “plane element”, and a three-dimensional mesh such as a hexahedron created for actual use in calculation is referred to as a “grid”. To distinguish them.

【0005】図8に示すように、3D−CAD1で作成
され、DXF形式で出力された物体表面データをUCD
形式に変換するI/F部2(データ変換手段に相当)
と、前記I/F部2により出力されたUCD形式の物体
表面データを用いて所定の解析対象範囲内の空間にデカ
ルト格子を作成すると共に、その他の解析データ(各種
解析条件等)を作成する解析データ作成部3(格子作成
手段に相当)と、前記解析データ作成部3により作成さ
れた解析データを用いて、デカルト格子局所選点法(後
述する)により数値計算し、その結果をUCD形式で出
力する解析部4(解析手段および解析結果出力手段に相
当)と、前記解析部4から出力されたUCD形式の解析
結果データを用いて解析結果を可視化する表示部5(表
示手段に相当)とで構成されている。
As shown in FIG. 8, object surface data created in 3D-CAD1 and output in DXF format is converted to UCD data.
I / F unit 2 for converting to a format (corresponding to data conversion means)
Using the UCD format object surface data output by the I / F unit 2, a Cartesian grid is created in a space within a predetermined analysis target range, and other analysis data (various analysis conditions, etc.) is created. Using the analysis data creation unit 3 (corresponding to a grid creation unit) and the analysis data created by the analysis data creation unit 3, numerical calculation is performed by the Cartesian grid local collocation method (described later), and the result is expressed in UCD format. Analysis unit 4 (corresponding to analysis means and analysis result output means), and display unit 5 (corresponding to display means) for visualizing analysis results using the analysis result data in UCD format output from the analysis unit 4. It is composed of

【0006】前記3D−CAD1としては、一般的な市
販の3次元CADシステムが利用でき、解析対象範囲内
の物体の形状を3次元ソリッドモデル等で作成する。そ
して、作成されたソリッドモデル等の表面を覆うように
三角形の面要素を生成する。これは、物体の表面形状を
単純な微小平面である三角形に統一して表現することに
より、3D−CAD1と流体シミュレーション装置A1
間のデータの信頼性を確保すると共に、解析データ作成
部3での格子作成処理を単純化するためである。3次元
ソリッドモデルを構成する自由曲面データやソリッドデ
ータ等をそのまま流体シミュレーション装置A1に適用
してもよいが、3D−CAD1と流体シミュレーション
装置A1との間の補間精度等の相違によりデータの信頼
性を欠く虞があり、また格子作成処理が非常に複雑にな
ってしまう。また、この三角形面要素自動生成機能にお
いては、生成される三角形の概略の大きさを設定できる
ので適当なサイズのものを設定できるが、生成される面
要素は三角形(平面)の集合体として表わされるため、
生成された面要素のサイズが大きすぎると物体の形状が
正確に表現できず解析精度に影響をおよぼし、逆に面要
素のサイズが小さすぎると、それだけ面要素生成に時間
がかかるばかりでなく、格子生成処理時に無駄な時間が
かかる。したがって、解析精度に影響がない程度に大き
なサイズの面要素サイズを設定する必要がある。また、
ソリッドモデルの表面に自動生成する面要素として三角
形以外に四角形を選択できるCADシステムも多いが、
四角形の場合には4点が同一平面上にない捩れ状態にな
ると法線方向が定まらず、その後の法線方向が必要な格
子作成時に結局2つの三角形に分割して処理する必要が
生じるため、ここでは三角形面要素を使用する。
[0006] As the 3D-CAD1, a general commercially available three-dimensional CAD system can be used, and the shape of an object within the analysis target range is created by a three-dimensional solid model or the like. Then, a triangular surface element is generated so as to cover the surface of the created solid model or the like. This is because 3D-CAD1 and the fluid simulation device A1 are represented by unifying the surface shape of the object into a triangle which is a simple minute plane.
This is for ensuring the reliability of the data between them and simplifying the grid creation processing in the analysis data creation unit 3. The free-form surface data or solid data constituting the three-dimensional solid model may be directly applied to the fluid simulation device A1, but the reliability of the data is different due to the difference in interpolation accuracy between the 3D-CAD1 and the fluid simulation device A1. May be missing, and the grid creation processing becomes very complicated. In this triangular plane element automatic generation function, the approximate size of the generated triangle can be set, so that an appropriate size can be set. However, the generated plane element is represented as an aggregate of triangles (planes). Because
If the size of the generated surface element is too large, the shape of the object cannot be accurately represented, affecting analysis accuracy.On the other hand, if the size of the surface element is too small, not only does it take much time to generate the surface element, Unnecessary time is required during the grid generation processing. Therefore, it is necessary to set a large surface element size so as not to affect the analysis accuracy. Also,
There are many CAD systems that can select a quadrangle other than a triangle as a surface element automatically generated on the surface of a solid model,
In the case of a quadrangle, the normal direction is not determined if the four points are in a twisted state that is not on the same plane, and it is necessary to divide it into two triangles at the time of creating a grid that requires the subsequent normal direction, and eventually process it. Here, a triangular surface element is used.

【0007】生成された三角形面要素の形状データ(構
成点の座標値および各三角形のコネクションデータ)は
DXF形式のファイルに出力される。ここで、DXFと
はCAD分野における標準データ形式の1つである。
The generated shape data of the triangular surface elements (the coordinate values of the constituent points and the connection data of each triangle) are output to a DXF format file. Here, DXF is one of the standard data formats in the CAD field.

【0008】また、一般的な3次元CADシステムに
は、形状作成時に各形状をグループ化する機能が搭載さ
れていることが多く、生成された三角形面要素を、例え
ば境界条件その他の条件の違いによりグループ分けし、
そのグループ情報(分類情報に相当)を形状データと共
に前記DXF形式のファイルに出力される機能を有する
ものもある。このような機能を持たせると、その後の解
析データ作成部3による境界条件等の解析データ作成時
に、そのグループ情報を利用して容易かつ短時間に作業
をおこなうことができる。
Further, a general three-dimensional CAD system is often provided with a function of grouping each shape at the time of shape creation, and the generated triangular surface element is subjected to, for example, a difference in boundary conditions and other conditions. Grouped by
Some have a function of outputting the group information (corresponding to the classification information) together with the shape data to the DXF format file. If such a function is provided, the work can be performed easily and in a short time by utilizing the group information when the analysis data such as the boundary condition is created by the analysis data creation unit 3 thereafter.

【0009】続いて、前記I/F部2では、DXF形式
の三角形面要素データ(グループ情報を含む)をUCD
形式に変換する。ここで、UCD(Unstructu
red Cell Data)形式とは、科学計算結果
等を可視化するアプリケーションプログラムであるAV
SやVIZ(共に開発元Advanced Visua
l Systems社)で用いられている可視化データ
形式であり、形状,格子,計算結果のデータをすべて含
んだ形で表現できるものである。流体シミュレーション
装置A1内ではすべてのデータをこのUCD形式に統一
されている。もちろん、ここで使用するデータ形式はU
CD形式に限られるものではなく、他の同様なデータ形
式を用いることもできる。
Subsequently, the I / F unit 2 converts the triangular plane element data (including group information) in DXF format into UCD
Convert to format. Here, UCD (Unstructured)
The red cell data (AV) format is an application program for visualizing scientific calculation results and the like.
S and VIZ (both are developed by Advanced Visual
1 Systems, Inc.), which can be expressed in a form that includes all data of shapes, grids, and calculation results. In the fluid simulation device A1, all data are unified into this UCD format. Of course, the data format used here is U
The data format is not limited to the CD format, and other similar data formats can be used.

【0010】解析データ作成部3では、前記I/F部2
から出力されたUCD形式の三角形面要素データを用い
て、解析対象範囲内の空間(流体域)に六面体セルによ
る格子を作成する。この格子作成手順について説明す
る。
In the analysis data creation section 3, the I / F section 2
A lattice of hexahedral cells is created in a space (fluid area) within the analysis target range using the triangular surface element data in the UCD format output from. This grid creation procedure will be described.

【0011】従来の非構造系格子を用いた手法の場合に
は、通常、図9(a)に示すように物体表面に生成され
た三角形(もしくは四角形)面要素をそのまま用いて空
間(流体域)方向に格子を作成するか、図9(b)で示
すように空間(流体域)から物体の方向に向かって、物
体に近づくにつれて段階的に格子幅が小さくなるような
格子を作成する。具体的には、図10(簡単のため、2
次元で表現)に示すように、流体域全体をまずc1のサ
イズの直交格子(立方体セル)で分割する。続いて、前
記c1サイズのセルのうち、物体からその法線方向に所
定距離の範囲a1内にあるセルを1/2のc2サイズに
再分割する。さらに範囲a2内にあるセルを1/2のc
3サイズに再分割する。これらの処理を所定回数繰り返
し、最小のセルと物体との交点、すなわち三角形面要素
より形成される面を求める。
In the case of the conventional method using an unstructured grid, a space (fluid region) is usually used by directly using a triangular (or square) plane element generated on the object surface as shown in FIG. 9), or a grid in which the grid width gradually decreases as approaching the object from the space (fluid region) toward the object as shown in FIG. 9B. Specifically, FIG. 10 (for simplicity, 2
(Represented in two dimensions), the entire fluid region is first divided by an orthogonal lattice (cubic cell) having a size of c1. Subsequently, among the cells of the c1 size, the cells within a range a1 of a predetermined distance from the object in the normal direction thereof are re-divided into 1/2 c2 size. Further, cells in the range a2 are reduced to 1/2 c.
Subdivide into three sizes. By repeating these processes a predetermined number of times, the intersection between the smallest cell and the object, that is, the surface formed by the triangular surface elements is obtained.

【0012】また、前記再分割範囲a1,a2,…は図
11(a)に示すように、物体表面を構成する各三角形
からの法線方向距離により設定する。例えば、図11
(a)に示すように、各三角形の法線方向単位ベクトル
nを定義し、ベクトルn定義点(図11(a)白丸)か
ら各セル中心点までのベクトルRと前記ベクトルnとの
内積距離D(=R・n)が、予め指定した距離Dnes
t以下となるセルを選択する。すなわち、図11
(a),(b)における破線(物体からの距離Dnes
t)が前記再分割範囲a1,a2,…に相当する。
The subdivision ranges a1, a2,... Are set by distances in the normal direction from each triangle constituting the object surface, as shown in FIG. For example, FIG.
As shown in (a), the unit vector n in the normal direction of each triangle is defined, and the inner product distance between the vector R and the vector R from the vector n definition point (open circle in FIG. 11A) to each cell center point. D (= R · n) is the distance Dnes specified in advance
Select cells that are less than or equal to t. That is, FIG.
Broken line in (a) and (b) (distance Dnes from object)
t) corresponds to the subdivision ranges a1, a2,.

【0013】さらに、図12(a)に示すように物体表
面を構成する各三角形からの法線方向距離ではなく、各
点からの距離で設定する方法もあるが、その方法では図
12(b)で示すように部分的に2点間の距離が大き
い、すなわち三角形が大きい場合には物体近傍のセルで
も部分的に再分割できない場合が生ずる。その理由は、
CADの自動面要素分割では面要素サイズが一定になら
ない場合が多いためである。そのような場合、再度3D
−CAD1に戻って三角形面要素自動生成時のサイズパ
ラメータを小さく変更する等して再度処理をやり直す必
要があるため処理作業でのロスが大きい。その点、前記
法線方向距離で設定する方法では再処理の必要がない。
Further, there is a method of setting the distance from each point instead of the normal direction distance from each triangle constituting the object surface as shown in FIG. 12 (a). If the distance between two points is partially large as shown in parentheses), that is, if the triangle is large, it may occur that cells near the object cannot be partially re-divided. The reason is,
This is because the surface element size is often not constant in CAD automatic surface element division. In such a case, 3D again
It is necessary to return to -CAD1 and change the size parameter at the time of automatic generation of the triangular surface element to a smaller value, and to perform the processing again, so that the loss in the processing operation is large. On the other hand, the method of setting the distance in the normal direction does not require reprocessing.

【0014】また、前記再分割範囲a1,a2,…の位
置(物体からの距離Dnest)の設定は、図13に示
すように、まず物体の表面から法線方向にセル幅を等比
変化させた立方体セルを仮定して最小セルcsと、その
2倍のセル幅となったセルc1との距離の半分を距離D
nestと定めておこなう。もちろん、前記仮定の立方
体セルのセル幅は等比変化に限定されるものではなく、
物体表面近傍ほどセル幅の増加割合が小さく、物体表面
から離れるほどセル幅の増加割合を大きくすることもで
きるので、格子数の増加を抑えながら物体表面近傍の格
子を密にし、物体表面から遠い格子は粗くする等の処理
が容易にでき格子生成の自由度は高められる。
The position of the subdivision ranges a1, a2,... (Distance Dnest from the object) is set by first changing the cell width in the normal direction from the surface of the object, as shown in FIG. Assuming a cubic cell, half the distance between the minimum cell cs and the cell c1 having a cell width twice that of the minimum cell cs is a distance D.
nest. Of course, the cell width of the assumed cubic cell is not limited to a geometric change,
The increase rate of the cell width is smaller near the object surface, and the increase rate of the cell width can be increased as the distance from the object surface increases.Therefore, the grid near the object surface is made denser while suppressing the increase in the number of grids. Processing such as roughening of the grid can be easily performed, and the degree of freedom of grid generation can be increased.

【0015】前記のような手順により数回の再分割を重
ねて設定された最小セルまで分割されると、物体に沿っ
たセルの各辺と物体表面に形成されている三角形の面要
素との交点を求め物体外部側のセルのみを残すという方
法でセルを物体表面にフィットさせる。すなわち、物体
に沿ったセルを物体表面位置でカットする処理をおこな
う。したがって、殆どの場合、物体に沿ったセルは立方
体セルにはならないが、前記従来の構成で用いる数値計
算方法では物体近傍のセルは立方体セルである必要はな
く、どのような形状であっても高精度で解析できる。
When the subdivision is performed several times by the above-described procedure until the set minimum cell is divided, each side of the cell along the object and the triangular surface element formed on the surface of the object are compared with each other. The cell is fitted to the surface of the object by finding the intersection and leaving only the cell outside the object. That is, processing for cutting cells along the object at the object surface position is performed. Therefore, in most cases, cells along the object do not become cubic cells, but in the numerical calculation method used in the conventional configuration, the cells near the object need not be cubic cells, and may have any shape. Analyze with high accuracy.

【0016】格子が作成されると、解析データ作成部3
において解析に必要な境界条件等の解析データを作成す
る。この作業は、表示部5の画面に3次元的に表示され
た格子に対しマウス等を用いてインタラクティブにおこ
なう。その場合、前記3D−CAD1で作成したグルー
プ情報を用いると各グループ毎に容易に条件設定等がで
き、物体表面に生成された三角形面要素や作成途中の格
子の状態、解析データの設定状態等を表示部5のディス
プレイで確認しながら作業を進めることができる。
When the grid is created, the analysis data creating unit 3
Creates analysis data such as boundary conditions necessary for analysis. This work is performed interactively using a mouse or the like on the grid displayed three-dimensionally on the screen of the display unit 5. In this case, if the group information created by the 3D-CAD1 is used, conditions can be easily set for each group, and the state of a triangular surface element generated on the surface of an object, the state of a grid being created, the setting state of analysis data, and the like. Can be performed while confirming on the display of the display unit 5.

【0017】格子およびその他の解析データの作成が終
了すると、前記解析データ作成部3は、格子データを含
むすべての解析データをUCD形式で解析部4に出力す
る。解析部4では、前記解析データを用いてデカルト格
子局所選点法により数値計算(実計算)をおこなう。
When the creation of the grid and other analysis data is completed, the analysis data creation unit 3 outputs all the analysis data including the grid data to the analysis unit 4 in UCD format. The analysis unit 4 performs a numerical calculation (actual calculation) by the Cartesian grid local collocation method using the analysis data.

【0018】ここで、デカルト格子局所選点法とは、発
明者らが新たに開発した熱流体シミュレーション手法で
あり、すでに学会発表をおこなっている(日本機械学会
論文集61巻592号(1995−12)等)。本手法
は、前記従来のデカルト格子法と同様の格子を用いた上
で、デカルト格子法における計算時間や精度面での問題
点を克服し、さらに粘性問題にも適用可能とするもので
ある。
Here, the Cartesian lattice local collocation method is a thermofluid simulation method newly developed by the present inventors, and has already been presented at an academic meeting (Transactions of the Japan Society of Mechanical Engineers, Vol. 61, No. 592 (1995-)). 12) etc.). The present method uses a grid similar to the conventional Cartesian grid method, overcomes the problems of the calculation time and accuracy in the Cartesian grid method, and makes it applicable to the viscosity problem.

【0019】そして解析部4で数値計算が終ると解析に
用いた前記格子データ等に加えて解析結果を含んだUC
D形式のファイルを出力し、図14に示すように表示部
5で解析結果をカラーコンター図、またはベクトル線図
等で可視化表示する。
When the numerical calculation is completed in the analysis unit 4, the UC including the analysis result in addition to the grid data used in the analysis is obtained.
The file in the D format is output, and the analysis result is visualized and displayed on the display unit 5 as a color contour diagram or a vector line diagram as shown in FIG.

【0020】[0020]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前記従
来の構成では、格子作成手順において形状面要素とデカ
ルト格子の交点の検出方法が定義されていない。
However, in the above-described conventional configuration, a method for detecting the intersection of the shape surface element and the Cartesian grid is not defined in the grid creation procedure.

【0021】また、前記格子作成手段によって作成した
格子点が格子作成時間に関係のある流体域,非流体域の
何れに属するかを判定されていない。
In addition, it is not determined whether the grid point created by the grid creation means belongs to a fluid region or a non-fluid region related to the grid creation time.

【0022】本発明は、このような従来の課題を解決す
るものであり、格子作成手順において形状面要素とデカ
ルト格子の交点の検出方法を定義して、解析効率の良い
流体シミュレーション装置を提供することを目的とす
る。
The present invention is to solve such a conventional problem, and provides a fluid simulation apparatus with high analysis efficiency by defining a method of detecting an intersection of a shape surface element and a Cartesian grid in a grid creation procedure. The purpose is to:

【0023】[0023]

【課題を解決するための手段】前記課題を解決するため
に本発明は、物体の周辺を流れる流体の挙動を3次元の
格子を用いて数値的に解析するのに、従来用いられてい
る物体外形データに変換するデータ変換手段と、格子を
作成する格子作成手段と、流体の挙動を解析する解析手
段とを具備すると共に、3次元空間的に粗密を調整して
作成した階層格子を各座標方向の平面に投影し、その投
影面上の格子点をその投影面に垂直な座標軸方向にスイ
ープすることにより形状面要素とデカルト格子の交点を
定義する機能を備えたものである。このように形状面要
素とデカルト格子の交点の定義機能を備えたことによ
り、従来の格子作成時間を短縮して解析効率を向上させ
ることができる。
SUMMARY OF THE INVENTION In order to solve the above-mentioned problems, an object of the present invention is to analyze the behavior of a fluid flowing around an object numerically using a three-dimensional grid. It is provided with data conversion means for converting into external form data, grid creation means for creating a grid, and analysis means for analyzing the behavior of a fluid, and a hierarchical grid created by adjusting the three-dimensional spatial density. It is provided with a function of defining the intersection of the shape surface element and the Cartesian grid by projecting on the plane of the direction and sweeping the grid points on the projection plane in the coordinate axis direction perpendicular to the projection plane. By providing the function of defining the intersection of the shape surface element and the Cartesian grid in this manner, it is possible to shorten the conventional grid creation time and improve the analysis efficiency.

【0024】また、前記格子点から全座標軸方向に最隣
接する物体面との交点を走査し、走査した各交点の属す
る面要素の法線ベクトルと交点から格子点へ向かう距離
ベクトルの内積値がすべて負値でない場合に流体域であ
ると判定し、それ以外の場合には非流体域と判定する機
能を備えたものである。このような処理によって非流体
域の格子を分割しない、もしくは削除することにより計
算領域の設定の効率化が図れ格子作成時間を短縮でき
る。
Further, the intersection point between the lattice point and the nearest object plane in all coordinate axis directions is scanned, and the inner product value of the normal vector of the surface element to which each scanned intersection point belongs and the distance vector from the intersection point to the lattice point is obtained. If all are not negative values, it has a function of judging that it is a fluid region, and in other cases, it judges that it is a non-fluid region. By not dividing or deleting the grid in the non-fluid region by such a process, the calculation area can be set more efficiently and the grid creation time can be reduced.

【0025】[0025]

【発明の実施の形態】前記の課題を解決するために本発
明は、物体の周辺を流れる流体の挙動を3次元の格子を
用いて数値的に解析する流体シミュレーション装置にお
いて、3次元CADを用いて作成された前記物体の外形
を表す第1の物体外形データを、所定のデータ形式の第
2の物体外形データに変換するデータ変換手段と、前記
データ変換手段により得られた前記第2の物体外形デー
タを用いて所定の解析対象範囲内の空間に前記物体に近
づくにつれて任意の間隔で段階的に格子幅が小さくなる
ような格子を作成する格子作成手段と、前記格子作成手
段により得られた前記格子を用いて物体近傍の所定範囲
内の格子点では局所選点法を、それ以外の格子点では有
限差分法を用いることにより、前記流体の挙動を解析す
る解析手段とを具備し、かつ3次元空間的に粗密を調整
して作成した階層格子を各座標方向の平面に投影し、そ
の投影面上の格子点をその投影面に垂直な座標軸方向に
スイープすることにより形状面要素とデカルト格子の交
点を定義する機能を備えたものである。したがって格子
作成時間を短縮でき、効率の良い解析が可能となる。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS In order to solve the above-mentioned problems, the present invention provides a fluid simulation apparatus which numerically analyzes the behavior of a fluid flowing around an object using a three-dimensional grid, using a three-dimensional CAD. Data conversion means for converting the first object outer shape data representing the outer shape of the object created as described above into second object outer shape data in a predetermined data format, and the second object obtained by the data conversion means A grid creating means for creating a grid such that the grid width is gradually reduced at arbitrary intervals as approaching the object in a space within a predetermined analysis target range using the external shape data; Analysis means for analyzing the behavior of the fluid by using the local selection method at grid points within a predetermined range near the object using the grid and using the finite difference method at other grid points. Then, the hierarchical grid created by adjusting the three-dimensional spatial density is projected onto a plane in each coordinate direction, and the grid points on the projection plane are swept in the coordinate axis direction perpendicular to the projection plane to form the shape plane. It has the function of defining the intersection of the element and the Cartesian grid. Therefore, the grid creation time can be reduced, and efficient analysis can be performed.

【0026】また、前記格子作成手段によって作成した
格子点が、その格子点から全座標軸方向に最隣接する物
体面との交点を走査し、走査した各交点の属する面要素
の法線ベクトルと交点から格子点へ向かう距離ベクトル
の内積値がすべて負値でない場合には流体域であると判
定し、それ以外の場合には非流体域と判定することで非
流体域の格子を分割しない、もしくは削除する機能を備
えたものである。したがって計算領域の設定の効率化が
図れ格子作成時間を短縮できると共に解析精度を向上さ
せることができる。
The grid point created by the grid creating means scans an intersection point between the grid point and the nearest object plane in all coordinate axis directions, and intersects the normal vector of the surface element to which each scanned intersection point belongs with the intersection point. If the inner product of the distance vector from the to the grid point is not a negative value, it is determined to be a fluid region, otherwise it is determined to be a non-fluid region, and the grid of the non-fluid region is not divided, or It has a function to delete. Therefore, it is possible to improve the efficiency of setting the calculation area, shorten the grid creation time, and improve the analysis accuracy.

【0027】[0027]

【実施例】以下、本発明の実施例について図面を参照し
て説明する。なお、従来と同一構成については同一符号
を付して詳細な説明を省略する。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. The same components as those in the related art are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof is omitted.

【0028】(実施例1)図1に示すように、流体シミ
ュレーション装置A2は、3D−CAD1を中心にして
構成されDXF形式で出力された物体表面データをUC
D形式に変換するI/F部2と、このI/F部2より出
力された物体表面データにより所定の解析対象範囲内の
空間にデカルト格子を作成すると共に、その他の解析デ
ータを作成する解析データ作成部3と、その解析データ
によりデカルト格子局所選点法で数値計算を計算して、
この結果を出力する解析部4と、解析結果データを可視
化表示する表示部5とにより構成されている。具体的解
析手順については、図2に示すように、解析データ作成
部3において、まずステップ101で3D−CAD1で
作成された物体外形データをI/F部2でUCD形式の
データに変換された形状データファイルを読み込む。
(Embodiment 1) As shown in FIG. 1, a fluid simulation apparatus A2 is constructed around a 3D-CAD1 and outputs object surface data output in DXF format to a UC.
An analysis for creating a Cartesian grid in a space within a predetermined analysis target area based on the I / F unit 2 for converting into the D format and the object surface data output from the I / F unit 2 and other analysis data Numerical calculations are calculated by the data creation unit 3 and the analysis data by the Cartesian grid local collocation method,
An analysis unit 4 that outputs the result and a display unit 5 that visualizes and displays the analysis result data are configured. As for a specific analysis procedure, as shown in FIG. 2, in the analysis data creation unit 3, first, in step 101, the object outline data created by the 3D-CAD 1 was converted into UCD format data by the I / F unit 2. Read the shape data file.

【0029】ステップ102で基本となる格子を作成す
る。ステップ103でセルを分割する範囲を決定する。
In step 102, a basic grid is created. In step 103, a range for dividing the cell is determined.

【0030】ステップ104でセルを分割し、その境界
面を定義する。ステップ105で分割範囲を再分割され
た格子点と物体面との交点を求める。
In step 104, the cell is divided and its boundary surface is defined. In step 105, an intersection point between the grid point whose object area is re-divided and the object plane is determined.

【0031】ステップ106でセル分割の継続の判定を
おこなう。すなわち、セル分割が十分である場合、ステ
ップ107に進み決定された格子をつぎの解析手段へ出
力する。不十分である場合にはステップ108へ進み、
ステップ103のセル分割範囲の決定段階に戻る。この
実施例の重点は、ステップ103からステップ106の
鏡界面と格子線との交点検出方法にあり図3で説明す
る。なお、図3は簡略化のため2次元で示している。
In step 106, the continuation of the cell division is determined. That is, if the cell division is sufficient, the process proceeds to step 107, and the determined grid is output to the next analysis unit. If not, go to step 108,
The process returns to the step 103 for determining the cell division range. The emphasis of this embodiment lies in the method of detecting the intersection between the mirror interface and the grid line in steps 103 to 106, which will be described with reference to FIG. FIG. 3 is shown in two dimensions for simplicity.

【0032】まず、物体形状を各基準平面に投影する。
その場合2次元表示であるため軸上に投影することにな
る。すなわち各基準座標平面を物体方向にスイープさ
せ、平面上の格子点と物体形状と交わった点が物体の形
状を認識する境界点となる。これを各基準平面方向にお
こなう。したがって、3次元表示である場合は3方向で
ある。前記のように、この方法によると短時間に物体形
状を細かく認識することが可能となり、格子形成時間の
短縮と精度の良い物体形状の認識の効果がある。
First, the object shape is projected on each reference plane.
In this case, since the image is a two-dimensional display, the image is projected on the axis. That is, each reference coordinate plane is swept in the direction of the object, and a point at which the lattice point on the plane intersects with the object shape becomes a boundary point for recognizing the shape of the object. This is performed in each reference plane direction. Therefore, in the case of three-dimensional display, there are three directions. As described above, according to this method, the object shape can be finely recognized in a short time, and there is an effect of shortening the grid formation time and accurately recognizing the object shape.

【0033】(実施例2)図4に示すように、解析デー
タ作成部3において、まずステップ201で3D−CA
D1で作成された物体形状データをI/F部2でUCD
形式のデータに変換された形状データファイルを読み込
む。
(Embodiment 2) As shown in FIG. 4, in the analysis data creating section 3, first, in step 201, the 3D-CA
The I / F unit 2 converts the object shape data created in D1 into UCD
Read the shape data file converted to the format data.

【0034】ステップ202で基本となる格子を作成す
る。ステップ203でセルを分割する範囲を決定する。
In step 202, a basic grid is created. In step 203, a range for dividing the cell is determined.

【0035】ステップ204でセルの境界面を定義し、
ステップ205で分割範囲で再分割された格子点と物体
面との交点を求める。
In step 204, a cell boundary surface is defined.
In step 205, an intersection point between the grid point re-divided in the division range and the object plane is obtained.

【0036】ステップ206で形成された格子点につい
て各格子点が流体域および非流体域のいずれの域に存在
するかを判定する。
With respect to the grid points formed in step 206, it is determined whether each grid point exists in a fluid area or a non-fluid area.

【0037】ステップ207でセル分割の継続の判定を
おこなう。すなわち、セル分割が十分の場合はステップ
208に進み、決定された格子を次の解析手段へ出力す
る。不十分の場合はステップ209へ進み、ステップ2
03から207の手順に戻り再びセル分割の範囲の決定
をおこなう。この実施例の重点はステップ206の各格
子点の存在域、すなわち流体域および非流体域のいずれ
に存在するかの判定方法であり、図5で説明する。
At step 207, the continuation of the cell division is determined. That is, if the cell division is sufficient, the process proceeds to step 208, and the determined grid is output to the next analysis unit. If not, proceed to step 209 and step 2
Returning to the procedure from 03 to 207, the range of cell division is determined again. The emphasis of this embodiment is a method of judging in step 206 whether each grid point exists, that is, whether it exists in a fluid area or a non-fluid area, which will be described with reference to FIG.

【0038】図5において、点Aは任意の点の格子点で
ある。点Aから基準座標軸方向の最隣接する物体面の要
素との交点を走査する。走査した交点Bに属する面要素
は従来構成において法線ベクトルのデータが予め存在す
る。そこで、この法線ベクトルと交点Bから格子点Aへ
向かう距離ベクトルの内積値が図6のようにすべての基
準軸方向の値がすべて正値である場合にはその格子点は
流体域に存在すると判定し、図7のように1つでも負値
があれば非流体域と判定する。これにより非流体域の格
子を分割しない、もしくは削除することにより計算領域
の設定の効率化が図れ格子作成時間を短縮できる。
In FIG. 5, a point A is an arbitrary lattice point. The intersection from point A to the element on the nearest object plane in the reference coordinate axis direction is scanned. The surface elements belonging to the scanned intersection point B have normal vector data in the conventional configuration. Therefore, when the inner product of the normal vector and the distance vector from intersection B to grid point A is a positive value in all reference axis directions as shown in FIG. 6, the grid point exists in the fluid region. Then, if there is at least one negative value as shown in FIG. Thus, by not dividing or deleting the grid in the non-fluid area, the calculation area can be set more efficiently and the grid creation time can be reduced.

【0039】[0039]

【発明の効果】前記で説明したように、本発明は物体の
周辺を流れる流体の挙動を3次元の格子を用いて数値的
に解析する流体シミュレーション装置において、3次元
CADを用いて作成された前記物体の外形を表す第1の
物体外形データを、所定のデータ形式の第2の物体外形
データに変換するデータ変換手段と、前記データ変換手
段により得られた前記第2の物体外形データを用いて、
所定の解析対象範囲内の空間に、前記物体に近づくにつ
れて任意の間隔で段階的に格子幅が小さくなるような格
子を作成する格子作成手段と、この手段で得られた格子
を用いて、物体近傍の所定範囲内の格子点では局所選点
法を、それ以外の格子点では有限差分法を用いることに
より、前記流体の挙動を解析する解析手段とを設けると
共に形状面要素とデカルト格子の交点を定義するに際
し、3次元空間的に粗密を調整して作成した階層格子を
各座標方向の平面に投影し、その投影面上の格子点をそ
の投影面に垂直な座標軸方向にスイープさせて交点を定
義するものである。したがって従来の格子作成時間を短
縮でき、しかも精度の高い解析ができる。
As described above, according to the present invention, a fluid simulation apparatus for numerically analyzing the behavior of a fluid flowing around an object using a three-dimensional grid is created using three-dimensional CAD. Data conversion means for converting first object outline data representing the outline of the object into second object outline data in a predetermined data format, and using the second object outline data obtained by the data conversion means hand,
In a space within a predetermined analysis target range, a grid creating means for creating a grid in which the grid width gradually decreases at arbitrary intervals as approaching the object, and an object using the grid obtained by this means. By using the local collocation method at grid points within a predetermined range in the vicinity and using the finite difference method at other grid points, analysis means for analyzing the behavior of the fluid is provided, and the intersection of the shape surface element and the Cartesian grid is provided. Is defined, the hierarchical grid created by adjusting the three-dimensional spatial density is projected onto a plane in each coordinate direction, and the grid points on the projection plane are swept in the direction of the coordinate axes perpendicular to the projection plane. Is defined. Therefore, it is possible to shorten the time required for forming a conventional grid and to perform highly accurate analysis.

【0040】また、前記格子作成手段によって作成した
格子点が流体域,非流体域のいずれに属するかを判定す
る場合、その格子点から全座標軸方向に最隣接する物体
面との交点を走査し、走査した各交点の属する面要素の
法線ベクトルと交点から格子点へ向かう距離ベクトルの
内積値がすべて正値であれば流体域に属すると判定し、
負値が1つでもあれば非流体域の格子を分割しない、も
しくは削除することにより計算領域の設定の効率化が図
れ格子形成時間の短縮ができる。
When it is determined whether the grid point created by the grid creating means belongs to a fluid region or a non-fluid region, the intersection of the lattice point with the nearest object plane in all coordinate axis directions is scanned. If all the inner product values of the normal vector of the surface element to which each scanned intersection belongs and the distance vector from the intersection to the lattice point are all positive values, it is determined that they belong to the fluid region,
If there is at least one negative value, the grid in the non-fluid area is not divided or deleted, so that the calculation area can be set more efficiently and the grid formation time can be reduced.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明の実施例1を示す流体シミュレーション
装置の概略構成ブロック図
FIG. 1 is a schematic block diagram of a fluid simulation apparatus according to a first embodiment of the present invention.

【図2】同、解析データ作成部における格子作成のフロ
ートチャート
FIG. 2 is a float chart of grid creation in the analysis data creation unit.

【図3】同、境界面に対する交点検出方法説明図FIG. 3 is an explanatory view of an intersection detection method for a boundary surface.

【図4】本発明の実施例2を示す流体シミュレーション
装置の解析データ作成部における格子作成のフロートチ
ャート
FIG. 4 is a flow chart of grid creation in an analysis data creation unit of a fluid simulation apparatus according to a second embodiment of the present invention.

【図5】同、格子作成手段で作成された格子点の存在域
(流体域または非流体域)判定方法説明図
FIG. 5 is an explanatory diagram of a method of determining the existence area (fluid area or non-fluid area) of a grid point created by the grid creating means.

【図6】同、格子点が流体域に存在する場合の判定図FIG. 6 is a judgment diagram when the lattice point exists in the fluid region.

【図7】同、格子点が非流体域に存在する場合の判定図FIG. 7 is a determination diagram when a grid point exists in a non-fluid region.

【図8】従来の流体シミュレーション装置の概略構成を
示すブロック図
FIG. 8 is a block diagram showing a schematic configuration of a conventional fluid simulation apparatus.

【図9】(a)従来の非構造系格子による格子作成図 (b)従来の流体シミュレーション装置における格子作
成図
FIG. 9 (a) A conventional grid creation diagram using an unstructured grid (b) A grid creation diagram in a conventional fluid simulation device

【図10】従来の流体シミュレーション装置における格
子作成手順の概要図
FIG. 10 is a schematic diagram of a grid creation procedure in a conventional fluid simulation apparatus.

【図11】(a)物体外面を構成する三角形面要素から
の法線方向単位ベクトルを定義し、格子の再分割範囲を
設定するための解析図 (b)同、解析完了図
FIG. 11A is an analysis diagram for defining a unit vector in the normal direction from a triangular surface element constituting the outer surface of an object and setting a re-division range of a grid.

【図12】(a)物体外面の三角形面要素を構成する各
定義点間の距離により格子の再分割範囲を設定する解析
図 (b)同、各定義点間を大きく定めて設定する場合の解
析図
FIG. 12 (a) is an analysis diagram in which a grid subdivision range is set based on a distance between definition points constituting a triangular surface element on the outer surface of an object; Analysis diagram

【図13】格子幅を等比変化させ格子の再分割範囲を設
定する解析図
FIG. 13 is an analysis diagram for setting a subdivision range of a grid by changing a grid width at an equal ratio;

【図14】解析結果の可視化を示す図FIG. 14 is a diagram showing visualization of analysis results.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 3D−CAD 2 I/F部 3 解析データ作成部 4 解析部 5 表示部 1 3D-CAD 2 I / F section 3 Analysis data creation section 4 Analysis section 5 Display section

フロントページの続き (72)発明者 下村 信雄 大阪府東大阪市高井田本通4丁目2番5号 松下冷機株式会社内 Fターム(参考) 2G023 AA10 AB30 AC03 5B046 JA09 5B049 AA00 AA04 EE01 EE41 GG07 GG09 Continuation of front page (72) Inventor Nobuo Shimomura 4-2-5 Takaida Hondori, Higashiosaka-shi, Osaka Matsushita Refrigerator Co., Ltd. F-term (reference) 2G023 AA10 AB30 AC03 5B046 JA09 5B049 AA00 AA04 EE01 EE41 GG07 GG09

Claims (2)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 物体の周囲を流れる流体の挙動を、3次
元CADを用いて作成された前記物体の外形を表わす第
1の物体外形データを所定のデータ形式の第2の物体外
形データに変換するデータ変換手段と、前記データ変換
手段により得られた前記第2の物体外形データを用いて
所定の解析対象範囲内の空間に、前記物体に近づくにつ
れて任意の間隔で段階的に格子幅が小さくなるような格
子を作成する格子作成手段と、前記格子作成手段により
得られた前記格子を用いて物体近傍の所定範囲内の格子
点では局所選点法を、それ以外の格子点では有限差分法
を用いることにより解析する解析手段とを具備すると共
に、形状面要素とデカルト格子の交点を3次元空間的に
粗密を調整して作成した階層格子を各座標方向の平面に
投影し、その投影面上の格子点をその投影面に垂直な座
標軸方向にスイープすることにより定義することを特徴
とする3次元格子で数値的解析可能な流体シミュレーシ
ョン装置。
1. The method according to claim 1, wherein the behavior of the fluid flowing around the object is converted from first object outline data, which is created by using three-dimensional CAD, representing the outline of the object, to second object outline data in a predetermined data format. Data conversion means, and using the second object outline data obtained by the data conversion means, in a space within a predetermined analysis target range, the grid width gradually decreases at arbitrary intervals as approaching the object. Grid creation means for creating such a grid, and using the grid obtained by the grid creation means, a local collocation method for grid points within a predetermined range near the object, and a finite difference method for other grid points. And a projection means for projecting a hierarchical grid created by adjusting the intersection of the shape surface element and the Cartesian grid spatially and densely on a plane in each coordinate direction. A fluid simulation device capable of numerical analysis using a three-dimensional grid, wherein the upper grid point is defined by sweeping in a coordinate axis direction perpendicular to the projection plane.
【請求項2】 格子点が流体域,非流体域のいずれに属
するかを判定する場合、その格子点から全座標軸方向に
最隣接する物体面との交点を走査し、走査した各交点の
属する面要素の法線ベクトルと交点から格子点に向かう
距離ベクトルの内積値がすべて負値でない場合には流体
域であると判定し、それ以外の場合には非流体域と判定
する機能を有する請求項1記載の流体シミュレーション
装置。
2. When determining whether a grid point belongs to a fluid region or a non-fluid region, the grid point is scanned from the intersection with the nearest object plane in all coordinate axis directions, and each scanned intersection belongs to If the inner product of the normal vector of the surface element and the distance vector from the intersection to the grid point is not a negative value, it is determined that the area is a fluid area, otherwise it is determined to be a non-fluid area. Item 7. The fluid simulation device according to Item 1.
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