JP2006338629A - 連成解析カプラ - Google Patents

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    • Y02T10/82—Elements for improving aerodynamics

Abstract

【課題】 従来は、流体、構造、伝熱、音響、電磁場等の物理現象を含めたマルチフィジックス問題の数値解析は盛んであるが、高効率、高精度かつ汎用的データ連成カプラはなかった。特に市販の解析ソフトは様々な要素が混在する混合格子を利用している。そのようなメッシュの間のデータ連成では、様々な要素を一括して対応できるカプラが望ましい。
【解決手段】 大規模メッシュの連成の効率向上においてバッケト法を採用し、並列処理機能も付ける。データの補間精度において、両メッシュの粗細によって０次、１次、２次補間および逆マッピングに基づく多対一補間方法を提供する連成解析カプラである。
【選択図】 図１

Description

本発明は、流体、構造、伝熱、音響、電磁場等の物理現象を含めたマルチフィジックス問題の数値解析システムの構築に係り、各解析間のデータ交換のために、高効率、高精度かつ汎用的な連成インターフェースを提供する連成解析カプラに関する。
現在、大規模数値計算技術の発展と共に、流体、構造、伝熱、音響および電磁場等の物理現象を含めるマルチフィジックス問題の数値解析が盛んである。
その連成解析を動かすために、高効率、高精度かつ汎用的データ連成カプラが必要である。
従来、連成解析カプラとして、Ａｇｅｎｔ Ｍｉｄｄｌｅｗａｒｅ（１），ＭｐＣＣＩ（２）およびＨＰＣＭＷ−Ｃｏｕｐｌｅｒ（３）が開発されたが、それらのカプラは面で接触する連成プログラムのみを仮定している。
一方、Ａｇｅｎｔ Ｍｉｄｄｌｅｗａｒｅ（１）とＨＰＣＭＷ−Ｃｏｕｐｌｅｒ（３）は単に４面体と６面体メッシュのみ適用するので、混合メッシュには使えない。
複雑な構造を持ち，要素サイズが非常に不均一なメッシュはそれらのカプラは扱えない。
それらのソフトでは、データの補間方法は１、２種類しか提供していないため、具体的問題に適合する補間方法の選択もできない。
大規模かつ工学的な数値計算に応じて、複雑な連成問題を扱える連成解析カプラの開発は、様々な科学計算分野の研究に期待されており、その完成は産業上の応用にも大きな寄与となる。
（１）
Ｓ．Ｈｏ，Ｓ．Ｉｔｏｈ，Ｓ，Ｉｈａｒａ，Ｒ．Ｄ．Ｓｃｈｌｉｃｈｔｉｎｇ，″Ａｇｅｎｔ Ｍｉｄｄｌｅｗａｒｅ ｆｏｒ Ｈｅｔｅｒｏｇｅｎｅｏｕｓ Ｓｃｉｅｎｔｉｆｉｃ Ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｓ″，Ｐｒｏｃ．Ｏｆ ｔｈｅ １９９８ＡＣＭ／ＩＥＥＥ ＳＣ９８ ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ，（日立製作所基礎研究所、科学計算ソフト複合化支援ツール）
（２）
Ｒ．Ａｈｒｅｍ，Ｍ．Ｇ．Ｈａｃｋｅｎｂｅｒｇ，Ｐ．Ｐｏｓｔ，Ｒ．Ｒｅｄｌｅｒ，Ｊ．Ｒｏｇｇｅｎｂｕｃｋ，″ＭｐＣＣＩ １．３ Ｓｐｅｃｉｆｉｃａｔｉｏｎ″．（Ｍｅｓｈ−ｂａｓｅｄ Ｐａｒａｌｌｅｌ Ｃｏｄｅ Ｃｏｕｐｌｉｎｇ Ｉｎｔｅｒｆａｃｅ）
（３）
Ｄ．Ｓｅｋｉｔａ，Ｈ，Ｏｋｕｄａ，Ｇ．Ｙａｇａｗａ，″Ａ Ｇｅｎｅｒａｌ Ｌｏｏｓｅｌｙ Ｃｏｕｐｌｉｎｇ Ｔｏｏｌ ｆｏｒ Ｐａｒａｌｌｅｌ ＦＥＭ Ｐｒｏｇｒａｍｓ″，Ｔｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓ ｏｆ ＪＳＣＥＳ，Ｎｏ．２００１００２５，（２００１），（関田大吾、奥田洋司、矢川元基、日本計算工学会論文集、Ｎｏ．２００１００２５）
様々な物理現象を独立のメッシュで行う弱連成解析では、大規模なメッシュ要素（節点）間の対応関係の探索とデータの転送は非常に時間がかかり、効率化による時間の短縮が重要な課題である。
メッシュ間のデータ転送では、データの補間精度は処理手法に大きく依存するが、最適な処理手法は通常、両メッシュの粗細により決まり、転送先メッシュが非常に粗い場合では転送元データからの多対一補間が適合するが、従来のカプラはできない。
一方、連成している各物理現象の解析は、通常、互いに異なる格子を利用し、特に市販の解析ソフトは様々な要素が混在する混合格子を利用していることから、そのようなメッシュの間のデータ連成は、様々な要素を一括して対応できるカプラが望ましい。
転送元メッシュ要素の粗細が非常に不均一である場合は、従来のソフトでは規則的バケットメッシュを利用しても、マッピング時間の短縮とメモリの節約との両立はできないので、特有の要素登録手段の開発が望まれている。
解析問題により、データの転送と補間は要素の間、表面パッチの間、節点の間、要素と節点の間、パッチと節点の間および要素とパッチの間で行い、様々なルートが可能であるので、それに対応する汎用性を考えなければならない。
それ以外、メッシュ対応関係の可視化並びにデータ補間結果の可視化は、データ連成結果の検査に必要であるが、従来のソフトにはなかった。
大規模メッシュの連成の効率向上においてバケット法を採用し、マッピング時間を大幅に短縮する。
転送元メッシュが非常に不均一な要素を有する場合は、その転送元要素を粗いモードと細かいモードで別々にバケットメッシュに登録し、マッピング時間の短縮と共にメモリの節約も実現する。
領域分割されたメッシュにおいて、ＭＰＩ通信に基づく並列処理機能を開発し、マッピングとデータ補間の時間を更に短縮する。
データの補間精度において、両メッシュの粗細によって０次、１次、２次補間および逆マッピングに基づく多対一補間方法を提供し、転送先メッシュが非常に粗い場合は、多対一補間方法を適用する。
本ソフトパッケージは要素と要素、要素と表面パッチ、要素と節点、表面パッチと表面パッチ、表面パッチと節点、節点と節点など、６種の対応関係の探索方法（マッピング）を提供する。
格子の種類にて、４面体、６面体、プリズム、ピラミッド及びそれらの混合、原則的にあらゆる２次元と３次元の要素も処理できる。
対応する両メッシュの対象は一つずつ可視化でき、データの補間結果も可視化できる。
可視化ツールは各種要素とそれらの混合が表示できる。
本発明により、大規模かつ工学的連成計算において連成インターフェースを開発し、実用上の複雑な構造を持つ混合メッシュ間のデータ連成は効率よく実現できた。
本発明の利用例として、多段遠心ポンプ騒音の大規模流体−構造−音響連成解析と、リニアモーター騒音の電磁場−構造連成解析を実現した。
これを利用し、様々な分野の物理現象を接合する連成解析は、社会的にも、産業的にも大きく貢献できる。
本発明を利用して、独立のメッシュで行っている解析の連成を実施する場合、以下のような手順で行う。
図１は本発明のデータ連成の実施手順を表したものである。
まず、転送元と転送先メッシュについて、マッピングで使用する対象（要素、パッチ、節点いずれにしても）とデータの保存フォマートを指定し、マッピング方法と補間方法を選択する。
転送元と転送先メッシュおよび転送元のデータを読み込んで、両メッシュ間の対応関係をバケット法でマッピングできる。
転送元メッシュと転送先メッシュはそれぞれ、領域分割するしないにかかわらず、ＭＰＩ通信を使えば、並列実行ができる。
要素と要素、要素と表面パッチ、要素と節点、表面パンチと表面パッチ、表面パッチと節点、節点と節点など、いずれにしても各転送先対象ごと、転送元からのデータ補間関連式を計算し、保存できる。
補間したデータを指定されたフォマートで出力し、リスタートデータを出力してリスタート実行もできる。
本発明の実施例を計算機において実行するためのフローチャート
符号の説明
１０１ マッピング及び補間方法のオプションを読み込むソフトウェア
１０２ 転送元と転送先メッシュを読み込むソフトウェア
１０３ 転送元と転送先メッシュの前処理ソフトウェア
１０４ 転送元と転送先メッシュの間の対応関係の探索をするソフトウェア
１０５ 転送元から転送先へのデータ補間関係の計算をするソフトウェア
１０６ リスタート実行のためのデータ出力ソフトウェア
１０７ リスタート実行のためのデータ入力ソフトウェア
１０８ 転送元から転送先へのデータ補間の実行をするソフトウェア
１０９ マッピング結果を可視化するソフトウェア
１１０ データ補間結果を可視化するソフトウェア

Claims (3)

  1. マルチフィジックス問題の連成解析を行うためにコンピュータを、バッケト法の利用により探索する対象を拡大して登録する手段、メッシュの粗細が非常に不均一である場合、粗い格子のみの登録と細かい格子のみの登録によるバッケト法の改善をする手段、混合メッシュにて、節点と表面パッチとの対応関係を調べる手段、混合メッシュにて、節点と３次元要素パッチとの対応関係を調べる手段、領域分割した転送元と転送先メッシュのマッピングをする手段、表面節点と表面節点のマッピングで、反対面にある節点を検出する手段、データ転送元がデータ転送先を探索する逆マッピングをする手段、混合メッシュ要素から節点への０次、１次、２次データを補間する手段、混合メッシュ表面パッチから節点への０次、１次、２次データを補間する手段、節点から混合メッシュ要素への０次、１次、２次データを補間する手段、節点から混合メッシュ表面パッチへの０次、１次、２次データを補間する手段、転送元から転送先への多対一補間する手段、混合メッシュにおいて対応関係を可視化する手段、混合メッシュにおいてデータ補間結果を可視化する手段として機能させるための連成解析カプラのプログラム。
  2. マルチフィジックス問題の連成解析を行うためにコンピュータを、バッケト法の利用により探索する対象を拡大して登録する手段、メッシュの粗細が非常に不均一である場合、粗い格子のみの登録と細かい格子のみの登録によるバッケト法の改進をする手段、混合メッシュにて、節点と表面パッチとの対応関係を調べる手段、混合メッシュにて、節点と３次元要素パッチとの対応関係を調べる手段、領域分割した転送元と転送先メッシュのマッピングをする手段、表面節点と表面節点のマッピングで、反対面にある節点を検出する手段、データ転送元がデータ転送先を探索する逆マッピングをする手段、混合メッシュ要素から節点への０次、１次、２次データを補間する手段、混合メッシュ表面パッチから節点への０次、１次、２次データを補間する手段、節点から混合メッシュ要素への０次、１次、２次データを補間する手段、節点から混合メッシュ表面パッチへの０次、１次、２次データを補間する手段、転送元から転送先への多対一補間する手段、混合メッシュにおいて対応関係を可視化する手段、混合メッシュにおいてデータ補間結果を可視化する手段として機能させるための連成解析カプラのプログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体。
  3. マルチフィジックス問題の連成解析を行うためにコンピュータを、バッケト法の利用により探索する対象を拡大して登録する手段、メッシュの粗細が非常に不均一である場合、粗い格子のみの登録と細かい格子のみの登録によるバッケト法の改進をする手段、混合メッシュにて、節点と表面パッチとの対応関係を調べる手段、混合メッシュにて、節点と３次元要素パッチとの対応関係を調べる手段、領域分割した転送元と転送先メッシュのマッピングをする手段、表面節点と表面節点のマッピングで、反対面にある節点を検出する手段、データ転送元がデータ転送先を探索する逆マッピングをする手段、混合メッシュ要素から節点への０次、１次、２次データを補間する手段、混合メッシュ表面パッチから節点への０次、１次、２次データを補間する手段、節点から混合メッシュ要素への０次、１次、２次データを補間する手段、節点から混合メッシュ表面パッチへの０次、１次、２次データを補間する手段、転送元から転送先への多対一補間する手段、混合メッシュにおいて対応関係を可視化する手段、混合メッシュにおいてデータ補間結果を可視化する手段として機能させるための連成解析カプラのプログラムを実行するための装置。
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