JP2003223432A - Data construction method for meshless analysis - Google Patents

Data construction method for meshless analysis

Info

Publication number
JP2003223432A
JP2003223432A JP2002022668A JP2002022668A JP2003223432A JP 2003223432 A JP2003223432 A JP 2003223432A JP 2002022668 A JP2002022668 A JP 2002022668A JP 2002022668 A JP2002022668 A JP 2002022668A JP 2003223432 A JP2003223432 A JP 2003223432A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
mesh
analysis
nodes
mesh unit
boundary
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP2002022668A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Hideyuki Sakurai
英行 桜井
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Shimizu Construction Co Ltd
Shimizu Corp
Original Assignee
Shimizu Construction Co Ltd
Shimizu Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Shimizu Construction Co Ltd, Shimizu Corp filed Critical Shimizu Construction Co Ltd
Priority to JP2002022668A priority Critical patent/JP2003223432A/en
Publication of JP2003223432A publication Critical patent/JP2003223432A/en
Pending legal-status Critical Current

Links

Landscapes

  • Complex Calculations (AREA)

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To accurately and easily analyze through numerical analysis the problems of a complex area composed of materials with a plurality of material characteristics. <P>SOLUTION: Independently created individual mesh units are joined together on their respective mating surfaces while nodal points are unaligned. During the integration of the mesh units, not only the nodal points belonging to the mesh units but also other nodal points constituting the boundary shells of other mesh units included in an area where the boundary shells of the mesh units are offset are the nodal points for local approximate solution construction. <P>COPYRIGHT: (C)2003,JPO

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】本発明はメッシュレス解析法
のためのデータ構築方法に係り、数値解析において複数
の材料特性を有する材料で構成された複合領域の問題を
精度良く容易に解析できるようにしたメッシュレス解析
法のためのデータ構築方法に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a data construction method for a meshless analysis method, and enables an accurate and easy analysis of a problem of a composite region composed of materials having a plurality of material characteristics in numerical analysis. The present invention relates to a data construction method for a meshless analysis method.

【0002】[0002]

【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】地下水
汚染問題や、廃棄物処分場や、放射性廃棄物処分場の安
全性評価など、地下水流動場の現状や地下施設建設によ
る地下水流動場の変化を予測することは極めて重要であ
る。この場合、地質調査や有限要素法(FEM)に代表
される数値解析に基づく検討が行われることが多い。こ
のとき信頼性の高い評価を行うには詳細な現地調査と、
入念な3次元解析とを相互に補完しあうことが必要であ
る。しかしながら実際には、3次元水理地質モデルに対
応する有限要素解析用メッシュ・モデル(FEメッシ
ュ)の作成作業が足かせとなり、解析結果が更新された
地質調査の結果に追従できなかったり、解析用メッシュ
の作成の効率化のために2次元化するなど簡略化された
解析が行われることも多く、調査と解析の相互補完を十
分に行うことが困難な状況にあった。
[Problems to be solved by the prior art and invention] The current state of groundwater flow fields and changes in groundwater flow fields due to construction of underground facilities, such as groundwater pollution problems and safety evaluation of waste disposal sites and radioactive waste disposal sites. It is extremely important to predict In this case, the examination based on the geological survey and the numerical analysis represented by the finite element method (FEM) is often performed. At this time, a detailed field survey and
It is necessary to complement each other with elaborate three-dimensional analysis. However, in reality, the work of creating a mesh model (FE mesh) for finite element analysis corresponding to a three-dimensional hydrogeological model is a hindrance, and the analysis results cannot follow the updated geological survey results or In many cases, simplified analysis, such as two-dimensionalization, is performed to improve the efficiency of mesh creation, and it has been difficult to sufficiently perform complementary research and analysis.

【0003】このメッシュ作成の問題を根本的に解決す
る解析手法として、エレメント・フリー・ガラーキン法
(EFGM)やフリー・メッシュ法(FMM)などのメ
ッシュレス解析法が注目され、近年、急速にそれらの研
究開発の動きが広まった。メッシュレス法は、節点情報
のみで要素情報を必要としない解析手法である。ところ
が、地質構造のように複数の材料(地層)で構成される
複雑な3次元形状まで扱える解析システムの開発にまで
至っていないのが実情である。メッシュレス法であって
も解析対象の幾何形状定義が必要である。加えて局所近
似解構築のための節点収集に対する合理的なアルゴリズ
ムがボトルネックになっている。
Meshless analysis methods such as the element free Galerkin method (EFGM) and the free mesh method (FMM) have attracted attention as analysis methods for fundamentally solving this mesh formation problem, and in recent years, they have been rapidly used. The research and development movement has spread. The meshless method is an analysis method that does not require element information but only node information. However, the reality is that an analysis system that can handle even complex three-dimensional shapes composed of multiple materials (geospheres) such as geological structures has not been developed. Even in the meshless method, it is necessary to define the geometric shape of the analysis target. In addition, a rational algorithm for node collection for local approximation solution construction is a bottleneck.

【0004】たとえば、どのような解析手法においても
解析対象の幾何形状定義が必要となる。3次元の幾何形
状定義として現状で最も強力で広く用いられているのは
ソリッド・モデリングである。地質構造のように複数の
材料(地層)で構成される場合のソリッド・モデリング
は、地層の境界で分割して作成する方が効率的である。
例えば、図10(a)に示したような地質構造モデルを
考えた場合、図10(b)に示したように地層性状を区
別した4ブロックに分けて、それぞれのブロックにおい
てソリッド・モデルを作成するのが簡単である。ところ
が、図10(b)ようなソリッド・モデルでは、隣接す
る地層ブロックの境界面が共有されないため、メッシュ
生成プログラムによりFEメッシュを発生させると、通
常は隣接するメッシュ間の地層境界面上でメッシュ・パ
ターンの適合が保証されないといった不都合が生じる。
つまり、FEM解析のためには、図10(c)のように
太線で示した五つの面が共有されるようにソリッド・モ
デルを修正する必要がある。この作業が、FEメッシュ
作成を困難にする大きな要因の一つとなっている。実際
の3次元地質構造を想定した場合、各メッシュモデルは
図10(b)のモデルから図10(c)のモデルへ修正
する処理、あるいは図10(c)のモデルを直接作成す
る処理が図10(b)のモデル作成の数倍以上の手間を
要するという問題を抱えていた。
For example, any analysis method requires definition of the geometric shape of the analysis target. Solid modeling is currently the most powerful and widely used three-dimensional geometric definition. In the case of solid modeling in the case of being composed of a plurality of materials (geospheres) such as geological structure, it is more efficient to divide and create at the boundary of the geological formation.
For example, when considering the geological structure model as shown in FIG. 10 (a), it is divided into 4 blocks having different strata as shown in FIG. 10 (b), and a solid model is created in each block. Easy to do. However, in the solid model as shown in FIG. 10B, since the boundary surface of the adjacent stratum blocks is not shared, when the FE mesh is generated by the mesh generation program, normally, the mesh is formed on the stratum boundary surface between the adjacent meshes.・ Inconvenience that pattern matching is not guaranteed.
In other words, for FEM analysis, it is necessary to modify the solid model so that the five planes shown by the thick lines in FIG. 10C are shared. This work is one of the major factors that make FE mesh creation difficult. Assuming an actual three-dimensional geological structure, each mesh model is processed by modifying the model of FIG. 10 (b) to the model of FIG. 10 (c) or by directly creating the model of FIG. 10 (c). There is a problem that it takes more than several times as much time as the model preparation of 10 (b).

【0005】そこで、本発明の目的は上述した従来の技
術が有する問題点を解消し、メッシュレス解析法のため
の利便性の高い3次元解析データを簡便に構築できるよ
うにしたデータ構築方法を提供することにある。
Therefore, an object of the present invention is to solve the above-mentioned problems of the conventional technique and to provide a data construction method capable of easily constructing highly convenient three-dimensional analysis data for a meshless analysis method. To provide.

【0006】[0006]

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明は、メッシュレス解析法において不整合メッ
シュ集合体を用いること、及び、各メッシュ・ユニット
を積分する際には、そのメッシュ・ユニットに属する節
点だけでなく、そのメッシュ・ユニットの境界シェルを
オフセットした領域内に含まれる他のメッシュ・ユニッ
トの境界シェルを構成する節点も局所近似解構築のため
の対象節点とすることを特徴とする。
In order to achieve the above object, the present invention uses an unmatched mesh aggregate in a meshless analysis method, and, when integrating each mesh unit, the mesh -Not only the nodes that belong to the unit but also the nodes that form the boundary shells of other mesh units included in the area offset from the boundary shell of the mesh unit should be the target nodes for local approximate solution construction. Characterize.

【0007】また、メッシュ・ユニットに優先順位を与
えてメッシュの重複を許すことを特徴とする。
Further, it is characterized in that the mesh units are given a priority order to allow overlapping of meshes.

【0008】評価点周りの影響領域内にある節点を節点
収集により生成されたリストから集めて局所近似解を構
築することが好ましい。
It is preferable to construct a local approximate solution by collecting the nodes in the influence area around the evaluation points from the list generated by the node collection.

【0009】以上の構成により、複数の材料で構成され
る複合領域までも扱える実用的な数値解析システムが実
現可能となる。このとき使用されるメッシュ集合体を構
成するメッシュ・ユニットは、隣接するメッシュの接合
面でのメッシュパターンの非適合状態とメッシュ同士の
重複を許すことにより、従来のFEM等におけるメッシ
ュ作成に比べて大幅にメッシュデータ構築を簡便にする
ことができる。
With the above configuration, it is possible to realize a practical numerical analysis system that can handle even a composite region composed of a plurality of materials. The mesh units that make up the mesh aggregate used at this time allow non-conforming states of mesh patterns and overlapping of meshes at the joint surface of adjacent meshes, and thus, compared to conventional meshing in FEM etc. The construction of mesh data can be greatly simplified.

【0010】[0010]

【発明の実施の形態】以下、本発明のメッシュレス解析
法のためのデータ構築方法の一実施の形態について、添
付図面を参照して説明する。本発明は、メッシュレス解
析法のためのデータ構築方法、すなわち不整合メッシュ
集合体(以下、CMA:Consistency-free Mesh Assemb
lyと記す。)と名付けた独自のメッシュデータを利用し
たメッシュレス解析法における幾何形状定義と節点収集
法としてのデータ構築方法に関する。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION An embodiment of a data construction method for a meshless analysis method of the present invention will be described below with reference to the accompanying drawings. The present invention relates to a data construction method for a meshless analysis method, that is, an inconsistent mesh aggregate (hereinafter, CMA: Consistency-free Mesh Assemb).
Write ly. ) And the data construction method as the node collection method in the meshless analysis method using the original mesh data.

【0011】なお、以下の本実施の形態におけるCMA
をメッシュレス解析に利用する場合の解析領域の定義と
節点収集法の説明において、用語を次のように定義す
る。 節点:要素を構成する要素の頂点(高次要素の場合は、
要素辺上にもある) 要素:メッシュを構成する多面体たとえば四面体、五面
体、六面体 メッシュ・ユニット:各地層ごとに独立して作成された
メッシュ CMA:メッシュ・ユニットの集合体
The CMA in the following embodiment
The terms are defined as follows in the definition of the analysis region and the method of node collection when using for meshless analysis. Nodes: the vertices of the elements that make up the element (for higher-order elements
(Also on the element side) Element: Polyhedron that constitutes the mesh, eg tetrahedron, pentahedron, hexahedron Mesh unit: Mesh created independently for each layer CMA: Aggregate of mesh units

【0012】図1はCMAの一例である。CMAを構成
する各メッシュ・ユニット(〜)は隣接する接合面
で非適合な状態にある。これらのメッシュ・ユニットで
は4つの各地層ごとに独立してメッシュ生成が行われて
いる。このため、地層境界面で各メッシュ・ユニットの
メッシュ・パターンは適合していない。さらにこれらの
メッシュ・ユニットに加えて地下施設等をメッシュと
し、地層部分のメッシュ・ユニットとの重なりを許し
ている。これにより解析で重ねるように付加されたメッ
シュの影響を知ることができる。地層境界面での適合
を無視してソリッド・モデルから各ブロックごと独立に
メッシュを作成することは、商用のメッシュ生成ソフト
など既存の技術で比較的簡単に行うことができる。な
お、本実施の形態では、複雄な3次元形状の典型とし
て、複数の材料で構成される複合領域の地質構造を取り
上げて説明するが、本発明の適用は地質構造を対象とし
た解析に限られるものではないことはいうまでもない。
FIG. 1 shows an example of CMA. Each mesh unit (-) forming the CMA is in a non-conforming state at the adjoining joint surface. In these mesh units, mesh generation is performed independently for each of the four layers. Therefore, the mesh pattern of each mesh unit does not match at the boundary of the stratum. Furthermore, in addition to these mesh units, the underground facilities, etc. are made meshes, allowing overlap with the mesh units in the stratum. As a result, it is possible to know the influence of the added meshes in the analysis. It is relatively easy to create meshes independently for each block from a solid model by ignoring the conformity at the boundary surface of the strata using existing techniques such as commercial mesh generation software. In the present embodiment, the geological structure of a composite region composed of a plurality of materials will be described as a typical example of a compound male three-dimensional shape. However, the application of the present invention is applicable to an analysis targeting a geological structure. It goes without saying that it is not limited.

【0013】以下、本発明の内容についての実施の形態
を、上述したEFGMを例に説明する。FEGMでは、
各メッシュ・ユニットを積分するにあたり、評価点(積
分点)を中心とする影響領域内の節点を収集し、それら
の節点から局所近似解を構築して領域積分を行う。
An embodiment of the content of the present invention will be described below by taking the above-mentioned EFGM as an example. With FEGM,
When integrating each mesh unit, the nodes in the influence area centering on the evaluation point (integration point) are collected, and a local approximate solution is constructed from these nodes to perform area integration.

【0014】[対象メッシュ・ユニットに対するデータ
構築手順]以下にメッシュ・ユニットに対するデータ構
築手順を示す。なお、これらの手順は具体例であり、手
順を限定するものではない。 (節点収集処理)まず、解析対象となる各メッシュ・ユ
ニットに対して以下の(1)〜(3)に示した処理により解析
用の節点収集を行う。図2はその概略フローチャートで
ある。 (1)各メッシュ・ユニットの表面に境界シェルを発生さ
せる。 (2)各メッシュ・ユニットの局所近似解作成の対象節点
リストを作成する。対象節点リストに含まれるのは次の
節点群である。 ・当該メッシュ・ユニットに属する全節点 ・当該メッシュ・ユニットの境界シェルをオフセットし
た領域に含まれる他のメッシュ・ユニットの境界シェル
を構成する節点 (3)収集した節点が、当該メッシュ・ユニットより優先
順位の高いメッシュ・ユニットの内部にあるか否かを判
定し、内部にある節点を節点リストから外す(境界面上
の節点は外さない)。
[Data Construction Procedure for Target Mesh Unit] The data construction procedure for the mesh unit will be described below. Note that these procedures are specific examples, and the procedures are not limited. (Nodal point collection processing) First, for each mesh unit to be analyzed, nodal points for analysis are collected by the processing shown in (1) to (3) below. FIG. 2 is a schematic flowchart thereof. (1) Generate a boundary shell on the surface of each mesh unit. (2) Create a target node list for creating a local approximate solution for each mesh unit. The target node list includes the following node groups. -All nodes that belong to the relevant mesh unit-Nodes that form the boundary shell of other mesh units that are included in the area that is offset from the boundary shell of the relevant mesh unit (3) Collected nodes have priority over the relevant mesh unit It is determined whether or not it is inside a high-ranked mesh unit, and the internal nodes are removed from the node list (nodes on the boundary surface are not removed).

【0015】(数値積分処理)各メッシュ・ユニットに
対して(4),(5)の処理を行う。 (4)メッシュ・ユニットに数値積分点を定義する。この
ときメッシュ・ユニットを構成する各要素を積分のため
のセルとしてもよい。また、バックグラウンド・セルの
ように別途、積分用の構造格子等を発生させてもよい。 (5)各積分点に対して以後の処理を行う。 (5-1)積分点が当該メッシュ・ユニットの内部にあるか
を判定し、外部の場合はその積分点をスキップする。 (5-2)積分点が当該メッシュより優先順位の高いメッシ
ュ・ユニットの内部にあるかを判定し、内部の場合は、
その積分点をスキップする。 (5-3)積分点周りの影響領域内にある節点を節点リスト
から集め、局所近似解を構築する。 (5-4)積分を実行する。このとき優先順位が最も高いメ
ッシュ・ユニットに対しては(3),(5-2)の処理は不要と
なる。
(Numerical integration process) The processes (4) and (5) are performed on each mesh unit. (4) Define numerical integration points in the mesh unit. At this time, each element forming the mesh unit may be a cell for integration. Further, a structured grid for integration or the like may be separately generated like a background cell. (5) Perform the following processing for each integration point. (5-1) Judge whether the integration point is inside the mesh unit, and if it is outside, skip the integration point. (5-2) Determine whether the integration point is inside a mesh unit with a higher priority than the relevant mesh, and if it is inside,
Skip the integration point. (5-3) Collect the nodes in the area of influence around the integration point from the node list and construct a local approximate solution. (5-4) Execute integration. At this time, the processes of (3) and (5-2) are not necessary for the mesh unit with the highest priority.

【0016】[EFGMの影響領域を設定する際の要素
の取り扱い]例えば局所近似解の基底関数を次の完全一
次多項式{lxyz}とすると、影響領域内に同一平面
上に乗っていない節点が4点以上必要である。評価点
(積分点)が含まれる要素を利用して、以下のように考
慮することもできる。 影響半径=a×dとする。(ただし、a:実数>1) このとき、図3に示したように、評価点を含む要素が四
面体であれば四面体を構成する4節点の内、評価点から
最も遠い節点までの距離をdとする。要素が五面体もし
くは六面体の場合は、要素を構成する節点の内、評価点
から5番目に近い節点との距離をdとする。五面体や六
面体の場合は、評価点に最も近い節点から4番目に近い
4つの節点は四角形の頂点であり、同一平面上に乗って
いる可能性があるからである。
[Handling of Elements when Setting Influence Area of EFGM] For example, if the basis function of the locally approximated solution is the following perfect linear polynomial {lxyz}, there are 4 nodes not lying on the same plane in the influence area. Need more than points. An element including an evaluation point (integration point) can be used to consider as follows. Influence radius = a × d. (However, a: real number> 1) At this time, as shown in FIG. 3, if the element including the evaluation point is a tetrahedron, the distance from the evaluation point to the furthest node among the four nodes forming the tetrahedron. Be d. If the element is a pentahedron or a hexahedron, the distance from the evaluation point to the fifth closest node among the nodes forming the element is d. This is because, in the case of a pentahedron or a hexahedron, the four nodes closest to the evaluation point and the fourth node are vertices of a quadrangle and may be on the same plane.

【0017】[局所近似解構築のための評価点周りの節
点収集]図4は、生成された各メッシュ・ユニット(
〜)において、局所近似解構築のための評価点周りの
節点収集を行った例を示したメッシュ・ユニットを示し
たモデル図である。このとき、同図に示したように、隣
接するメッシュ・ユニット間の境界面上の節点は両方の
メッシュ・ユニットで共有されなければならない。ま
た、同図中、評価点(図中、●印)を中心とする円で表
した影響領域内の節点を収集する場合は、隣接するメッ
シュ・ユニットの境界面上の節点も対象とする必要があ
る(図中、○印)。そこで、本発明では各メッシュ・ユ
ニットの表面に三角形または四角形のメッシュを発生さ
せ、それら三角形、四角形で構成される多面体(以下、
境界シェルと記す。)として解析領域を表す。この際、
メッシュ・ユニットの表面に接する要素の面を利用する
ことができる。
[Collection of Nodes Around Evaluation Points for Constructing Local Approximate Solution] FIG. 4 shows each generated mesh unit (
6A to 6D are model diagrams showing a mesh unit showing an example of collecting nodes around evaluation points for constructing a local approximate solution. At this time, as shown in the figure, the nodes on the boundary surface between the adjacent mesh units must be shared by both mesh units. In addition, in the figure, when collecting the nodes in the area of influence represented by a circle centered on the evaluation point (marked with ● in the figure), it is necessary to also target the nodes on the boundary surface of the adjacent mesh units. There is a mark (○ in the figure). Therefore, in the present invention, a triangular or quadrangular mesh is generated on the surface of each mesh unit, and a polyhedron (hereinafter,
Described as a boundary shell. ) Represents the analysis area. On this occasion,
The face of the element that contacts the surface of the mesh unit can be utilized.

【0018】そして、図4に示したメッシュ・ユニット
の周囲に破線で示したように、その多面体を各面の法
線方向に適当な量だけオフセットし、そのオフセットし
た多面体の中に入った他のメッシュ・ユニットの境界シ
ェルを構成する節点も収集の対象とする。実際の境界面
は複雑な曲面なので、節点が同一曲面上にあるか否かの
数値的判断は困難であるが、この方法であれば、多面体
の発生、そのオフセット、多面体に対する点の内外判定
のみを行えばよい。
Then, as indicated by broken lines around the mesh unit shown in FIG. 4, the polyhedron is offset by an appropriate amount in the direction of the normal to each surface, and the polyhedron is inserted into the offset polyhedron. Nodes that make up the boundary shell of the mesh unit are also collected. Since the actual boundary surface is a complicated curved surface, it is difficult to judge numerically whether or not the nodes are on the same curved surface, but with this method, only the occurrence of the polyhedron, its offset, and the inside / outside judgment of the points for the polyhedron are possible. Should be done.

【0019】次に、メッシュ・ユニットが重なっている
場合のデータの取り扱いについて説明する。図4におい
て、メッシュ・ユニットとメッシュ・ユニットとが
重なりあっている。これらは、例えばメッシュ・ユニッ
トで表された地下施設がメッシュ・ユニットの地層
内に建設されたと仮定したものである。
Next, the handling of data when mesh units overlap will be described. In FIG. 4, the mesh unit and the mesh unit overlap each other. These assume, for example, that an underground facility represented by a mesh unit was built within the formation of the mesh unit.

【0020】まず、各メッシュ・ユニット間に優先順位
を設定する。たとえば構造物としてのメッシュ・ユニッ
トに地層としてのメッシュ・ユニットより高い優先
順位を与える。ここでメッシュ・ユニットを積分する
場合は、メッシュ・ユニットの表面に発生させた多面
体をオフセットさせ、その中に入った節点を局所近似解
構築のための収集対象とすればよい。このときメッシュ
・ユニットの構成節点も対象となる(図4参照)。一
方、メッシュ・ユニットを積分する場合はメッシュ・
ユニットを積分領域から外す必要がある。これはメッ
シュ・ユニットの表面に発生させた多面体をオフセッ
トしてメッシュ・ユニットに含まれる節点も収集した
後、メッシュ・ユニットの構成節点も含めたメッシュ
・ユニットの内部の節点(図4中、△印)を外すこと
により対応可能である。ただし、メッシュ・ユニット
の境界面上の節点はメッシュ・ユニットの対象節点リ
ストに含める必要があるため、メッシュ・ユニットの
境界シェル構成節点は外さずに残す。
First, priorities are set among the mesh units. For example, a mesh unit as a structure is given a higher priority than a mesh unit as a formation. When the mesh unit is integrated here, the polyhedron generated on the surface of the mesh unit may be offset, and the nodes inside the polyhedron may be set as the collection target for constructing the local approximate solution. At this time, the constituent nodes of the mesh unit are also targeted (see FIG. 4). On the other hand, when integrating the mesh unit, the mesh
The unit needs to be removed from the integration area. This is to offset the polyhedron generated on the surface of the mesh unit and collect the nodes included in the mesh unit, and then the internal nodes of the mesh unit including the constituent nodes of the mesh unit (in Fig. 4, △ It can be dealt with by removing (mark). However, since the nodes on the boundary surface of the mesh unit must be included in the target node list of the mesh unit, the boundary shell constituent nodes of the mesh unit are left without being removed.

【0021】以上、本発明をEFGMのメッシュレス解
析手法に適用した例を述べたが、FMM等のメッシュレ
ス解析手法にも同様に適用できることはいうまでもな
い。
The example in which the present invention is applied to the meshless analysis method of EFGM has been described above, but it goes without saying that the present invention can also be applied to the meshless analysis method of FMM or the like.

【0022】[0022]

【実施例】次に、EFGMにおける上述したデータ構築
方法としての幾何形状定義と節点収集法についてのデー
タ構築方法を、浸透流解析のための以下の浸透流方程式
に対して適用した例を示す。 [数1] φは速度ポテンシャル(全水頭)、kは透水係数、Vは
解析領域を表す。境界条件は次式(式−2,式−3)で
与えられる。 [数2] ここで、添え字^は境界上での既知量であり、nは解析
領域境界に立てた外向き法線、SφとSnは解析領域の
境界である。この問題に対して変分原理を導入する。式
−2の基本境界条件に対してはペナルティ法を適用する
と汎関数は次式(式−4)で表される。 [数3] ここで、αはペナルティ数と呼ばれる十分大きな正の実
数である。EFGMでは形状関数を移動最小自乗法で構
築する。領域内の任意の評価点で未知関数φを次式(式
−5)で近似する。 [数4] ここで{P(x)m}は基底関数であり、3次元の完全一次
多項式を仮定すると、 [数5] {a(x)m}は未定定数であり、空間座標xの関数であ
る。これは、次の評価関数を最小化することにより求め
る。 [数6] ここでNは評価点周りの影響領域内にある節点の数であ
る。{φi}は節点座標x=xiにおけるφの節点値であ
り、riは評価点と節点間の距離である。重み関数とし
ては、半径dmの影響領域内において、次の4次スプラ
イン(式−8)を導入する。 [数7] 式−7の停留条件から次式(式−9)が得られる。 [数8] したがって [数9] ここで [数10] よって、形状関数として次式(式−16,式−17)を
得る。 [数11] 式−16を式−4の汎関数に代入し、停留化すると次の
線形代数方程式を得る。 [数12]
EXAMPLE Next, an example in which the above-mentioned geometrical shape definition as the data construction method in EFGM and the data construction method for the nodal point collection method are applied to the following permeation flow equations for permeation flow analysis will be shown. [Equation 1] φ represents velocity potential (total head), k represents hydraulic conductivity, and V represents analysis region. The boundary condition is given by the following equations (Equation-2 and Equation-3). [Equation 2] Here, the subscript ^ is a known quantity on the boundary, n is an outward normal line set on the boundary of the analysis region, and Sφ and S n are boundaries of the analysis region. We introduce the variational principle to this problem. When the penalty method is applied to the basic boundary condition of Expression-2, the functional is expressed by the following Expression (Expression-4). [Equation 3] Here, α is a sufficiently large positive real number called a penalty number. In EFGM, the shape function is constructed by the moving least squares method. The unknown function φ is approximated by the following equation (Equation-5) at an arbitrary evaluation point within the region. [Equation 4] Here, {P (x) m } is a basis function, and assuming a three-dimensional perfect first-order polynomial, [Equation 5] {A (x) m } is an undetermined constant, which is a function of the spatial coordinate x. This is obtained by minimizing the following evaluation function. [Equation 6] Here, N is the number of nodes in the influence area around the evaluation point. {Φ i } is the node value of φ at the node coordinate x = x i , and r i is the distance between the evaluation point and the node. As the weighting function, the following fourth-order spline (Equation-8) is introduced in the influence area of the radius d m . [Equation 7] The following equation (Equation-9) is obtained from the stopping condition of Equation-7. [Equation 8] Therefore, [Equation 9] [Numerical equation 10] Therefore, the following formulas (Formula-16 and Formula-17) are obtained as the shape function. [Equation 11] Substituting Equation-16 into the functional of Equation-4 and stopping it yields the following linear algebraic equation. [Equation 12]

【0023】[解析例]次に、誘導された上記浸透流方
程式をもとに、3次元地盤浸透流解析モデルにおいて浸
透流解析を行った例について説明する。図5は解析対象
の地層内に地下施設が配置されて地層モデルを示してい
る。各地層における透水係数kを図中値のように設定す
るとともに、モデルの境界条件をx=0の面でφ=2
0,x=−20の面でφ=0、その他の面で∂φ/∂n
=0とした。
[Analysis Example] Next, an example of performing a permeation flow analysis in a three-dimensional ground permeation flow analysis model based on the derived permeation flow equation will be described. FIG. 5 shows a stratum model in which underground facilities are arranged in the stratum to be analyzed. The permeability coefficient k in each layer is set as shown in the figure, and the boundary condition of the model is φ = 2 in the plane of x = 0.
Φ = 0 on the plane of 0, x = -20, ∂φ / ∂n on other planes
= 0.

【0024】図6は図5の地層モデルをもとに構築した
EFGM解析用の不整合メッシュ集合体(CMA)であ
る。なお、地下施設モデルは理解のために地層モデル外
に併せて表示している。同図に示したように、各地層の
境界面でメッシュは整合しておらず、地下施設のメッシ
ュは地層内のメッシュと重なって構築されている。図7
は、比較のために生成されたFEM解析用のメッシュモ
デルである。このFEM解析用メッシュモデルでは各地
層、地下施設のメッシュは整合するように煩雑な生成手
法をもとに構築されている。
FIG. 6 shows an unmatched mesh aggregate (CMA) for EFGM analysis constructed based on the stratum model of FIG. The underground facility model is also shown outside the stratum model for understanding. As shown in the figure, the meshes do not match at the boundary surface of each layer, and the mesh of the underground facility overlaps the mesh in the stratum. Figure 7
Is a mesh model for FEM analysis generated for comparison. This mesh model for FEM analysis is constructed based on a complicated generation method so that the meshes of various layers and underground facilities are matched.

【0025】図8は、図6に示したCMAをもとに行っ
た解析結果である。この解析結果は、図5に示した地層
モデルの一部を切り取るように設定された出力断面上で
の速度ポテンシャル分布を表したものである。細い実線
はCMA(図6)を入カデータとしてEFGM解析に適
用した結果で、淡い太線はFEMメッシュを入カデータ
としてFEM解析を行った結果である。太い実線は出力
断面上に現れる地層境界である。EFGMの結果とFE
Mの結果は良好な一致を示しており、本発明の妥当性が
確認できる。図9は地下施設の位置をモデル内で移動し
た場合の解析結果である。CMAであれば、地下施設の
メッシュのみを移動させるだけであるが、FEM解析用
メッシュでは、メッシュの変更は困難である。なお、等
値線が地下施設付近で2重になっているが、これはFE
M用のポスト・プロセッサを使って図化していることに
よる。必要に応じて市販の可視化ソフトを使えば容易に
回避できる。
FIG. 8 shows the result of analysis performed based on the CMA shown in FIG. This analysis result represents the velocity potential distribution on the output cross section set so as to cut out a part of the stratum model shown in FIG. The thin solid line is the result of applying CMA (FIG. 6) to the EFGM analysis as the input data, and the light thick line is the result of the FEM analysis using the FEM mesh as the input data. The thick solid line is the stratum boundary appearing on the output cross section. EFGM results and FE
The result of M shows a good agreement, which confirms the validity of the present invention. FIG. 9 shows the analysis result when the position of the underground facility is moved within the model. With CMA, only the mesh of the underground facility is moved, but with the FEM analysis mesh, it is difficult to change the mesh. The contour line is doubled near the underground facility.
This is because it is plotted using the post processor for M. If necessary, you can easily avoid this by using commercially available visualization software.

【0026】[0026]

【発明の効果】本発明によれば、以下の種々の効果を奏
する。 (1)メッシュ接合面での非適合とメッシュ同士の重複
を許すため、従来のFEM解析用メッシュに比べ、格段
に自由度が高く、メッシュ作成が簡単になる。 (2)メッシュの重なり合いを許すので、例えば地層内
に地下施設をモデル化する場合に地層に対応するメッシ
ュ・ユニットを変更することなく地下施設に対応するメ
ッシュ・ユニットを自由に配置でき、地下施設の位置の
検討などが非常に簡単になる。 (3)単一材料からなる複雑形状の場合でも、その形状
を単純な形状に分割することができるため、単一材料の
複雑形状に適用しても非常に有効である。 (4)FEM解析用のプリ/ポスト・プロセッサ等の周
辺ソフトが利用でき、入力データ、解析結果処理の使い
勝手がよい。 (5)EFGMの数値積分のセルとして要素を利用でき
る。 (6)EFGMの影響領域を設定する際、要素を利用で
きる。
According to the present invention, the following various effects are exhibited. (1) Since non-conformity at the mesh joint surface and overlapping of meshes are allowed, the degree of freedom is remarkably higher than that of the conventional FEM analysis mesh, and mesh creation becomes easy. (2) Since meshes are allowed to overlap with each other, for example, when modeling an underground facility in a stratum, the mesh unit corresponding to the underground facility can be freely arranged without changing the mesh unit corresponding to the stratum. It becomes very easy to examine the position of. (3) Even in the case of a complex shape made of a single material, since the shape can be divided into simple shapes, it is very effective even when applied to a complex shape of a single material. (4) Peripheral software such as pre / post processor for FEM analysis can be used, and input data and analysis result processing are easy to use. (5) The element can be used as a cell for the numerical integration of EFGM. (6) Elements can be used when setting the influence area of EFGM.

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

【図1】本発明のメッシュ・ユニットによる解析モデル
図。
FIG. 1 is an analysis model diagram of a mesh unit according to the present invention.

【図2】本発明のデータ構築方法の概略処理フローを示
したフローチャート。
FIG. 2 is a flowchart showing a schematic processing flow of a data construction method of the present invention.

【図3】データ構築における影響半径の決定方法の一例
を示したモデル図。
FIG. 3 is a model diagram showing an example of a method of determining an influence radius in data construction.

【図4】本発明のメッシュ・ユニットによる詳細解析モ
デル図。
FIG. 4 is a detailed analysis model diagram by the mesh unit of the present invention.

【図5】実施例としての地層モデルを示した概略モデル
図。
FIG. 5 is a schematic model diagram showing a stratum model as an example.

【図6】図5のモデルをもとに作成されたCMAによる
解析モデル図。
FIG. 6 is an analysis model diagram by CMA created based on the model of FIG.

【図7】図5のモデルに対する比較例としてのFEMメ
ッシュモデル図。
7 is an FEM mesh model diagram as a comparative example with respect to the model of FIG.

【図8】図6に示した解析モデルにおける対象断面にお
ける解析結果(浸透流速度ポテンシャル図)を示した結
果図。
8 is a result diagram showing an analysis result (permeation flow velocity potential diagram) of a target cross section in the analysis model shown in FIG.

【図9】図6のメッシュの一部を移動させた解析モデル
における対象断面における解析結果(浸透流速度ポテン
シャル図)を示した結果図。
9 is a result diagram showing an analysis result (permeation flow velocity potential diagram) in a target cross section in the analysis model in which a part of the mesh in FIG. 6 is moved.

【図10】従来のソリッド・モデリングの問題の一例を
示した概略解析モデル図。
FIG. 10 is a schematic analysis model diagram showing an example of a problem of conventional solid modeling.

【符号の説明】 地層メッシュ・ユニット(〜 同) 地下施設メッシュ[Explanation of symbols]   Stratum mesh unit (~ same)   Underground facility mesh

Claims (2)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】独立して生成された個々のメッシュ・ユニ
ットを、互いの接合面において節点が不整合な状態で接
合させるとともに、前記メッシュ・ユニットを積分する
際に該メッシュ・ユニットに属する節点だけでなく、当
該メッシュ・ユニットの境界シェルをオフセットした領
域内に含まれる他のメッシュ・ユニットの境界シェルを
構成する節点も局所近似解構築のための対象節点とする
ようにしたことを特徴とするメッシュレス解析法のため
のデータ構築方法。
1. Individual mesh units that are independently generated are joined in a state where the nodes are inconsistent at their joint surfaces, and the nodes that belong to the mesh unit when the mesh units are integrated. In addition to that, the nodes that constitute the boundary shells of other mesh units included in the area offset from the boundary shell of the relevant mesh unit are also set as the target nodes for constructing the local approximate solution. Data construction method for meshless analysis method.
【請求項2】前記メッシュ・ユニットのメッシュは、メ
ッシュ・ユニット間に優先順位を与えてメッシュの重複
を許して生成されることを特徴とする請求項1記載のデ
ータ構築方法。
2. The data construction method according to claim 1, wherein the mesh of the mesh unit is generated by giving priority to the mesh units to allow overlapping of the meshes.
JP2002022668A 2002-01-31 2002-01-31 Data construction method for meshless analysis Pending JP2003223432A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2002022668A JP2003223432A (en) 2002-01-31 2002-01-31 Data construction method for meshless analysis

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2002022668A JP2003223432A (en) 2002-01-31 2002-01-31 Data construction method for meshless analysis

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2003223432A true JP2003223432A (en) 2003-08-08

Family

ID=27745609

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2002022668A Pending JP2003223432A (en) 2002-01-31 2002-01-31 Data construction method for meshless analysis

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP2003223432A (en)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN100430948C (en) * 2004-02-05 2008-11-05 株式会社三安 System and method for implementing underway and railway linear design by computer
JP2011158280A (en) * 2010-01-29 2011-08-18 Bridgestone Corp Method and device for estimating deformation behavior of rubber material

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN100430948C (en) * 2004-02-05 2008-11-05 株式会社三安 System and method for implementing underway and railway linear design by computer
JP2011158280A (en) * 2010-01-29 2011-08-18 Bridgestone Corp Method and device for estimating deformation behavior of rubber material

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Thompson et al. Handbook of grid generation
Ho-Le Finite element mesh generation methods: a review and classification
Bittencourt et al. Quasi-automatic simulation of crack propagation for 2D LEFM problems
Carter et al. Automated 3‐D crack growth simulation
Jiang et al. Frame field singularity correctionfor automatic hexahedralization
JP4381743B2 (en) Method and program for generating volume data from boundary representation data
Tautges The generation of hexahedral meshes for assembly geometry: survey and progress
Cavalcanti et al. Non-manifold modelling: an approach based on spatial subdivision
Kondo PIGMOD: parametric and interactive geometric modeller for mechanical design
JP2007079655A (en) Method and program for converting boundary data into in-cell shape data
JP2008040921A (en) Shape simplification device and program to be used in the same
CN107301678A (en) A kind of three-dimensional modeling method of geological mass
Ray et al. Hex-dominant meshing: mind the gap!
Shostko et al. Surface triangulation over intersecting geometries
Man et al. Towards automatic stress analysis using scaled boundary finite element method with quadtree mesh of high-order elements
JP2003223432A (en) Data construction method for meshless analysis
CN113128028A (en) Digital twin model construction method of geotechnical structure coupling system
Merkley et al. Methods and applications of generalized sheet insertion for hexahedral meshing
Merrell et al. Constraint-based model synthesis
Cogo et al. SpaceSubdivisionTestbed: A graphical tool for arbitrary shaped 2D polygon subdivision
Dhondt Unstructured 20-node brick element meshing
Shepherd et al. Interval assignment for volumes with holes
Shi Computer simulation in AEC and its future development
JPH06231217A (en) Finite element mesh generating method
Franklin Analysis of mass properties of the union of millions of polygedra

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20031225

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20050816

A521 Written amendment

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20051014

A02 Decision of refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02

Effective date: 20060406