JP2007033405A - Simulation device and simulation method - Google Patents
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Abstract
Description
この発明は、材料の内部における種々の値を計算するシミュレーション装置及びシミュレーション方法に関するものである。 The present invention relates to a simulation apparatus and a simulation method for calculating various values inside a material.
近年、計算機の計算速度が発達してきており、種々のシミュレーションが実現できるようになってきた。その一例としてFDTD法による波動伝搬シミュレーションがある。FDTD法とは、電界と磁界を時間的及び空間的に交互に計算することにより、電磁波の伝搬を求めるシミュレーション手法である。また、電磁波だけでなく、空気中や水中を伝搬する音響波や固体中を伝搬する弾性波にも適用されることがある。これらの場合には、電界と磁界を計算するのではなく、粒子速度と音圧、あるいは粒子速度と応力を計算することになる。 In recent years, the calculation speed of computers has been developed, and various simulations can be realized. One example is a wave propagation simulation by the FDTD method. The FDTD method is a simulation method for obtaining propagation of electromagnetic waves by alternately calculating an electric field and a magnetic field temporally and spatially. Moreover, it may be applied not only to electromagnetic waves but also to acoustic waves propagating in the air and water and elastic waves propagating in solids. In these cases, instead of calculating the electric and magnetic fields, the particle velocity and sound pressure or the particle velocity and stress are calculated.
一般に、波動が伝搬する媒体の形状や材料は様々である。例えば、超音波探傷において、試験体中の超音波の伝搬をFDTD法でシミュレーションするには、試験体の形状や材料の情報を計算機に入力する必要があるが、超音波探傷における試験体とは、鋼溶接部である場合や、種々の合金である場合、あるいはセラミックのような材料である場合があり、試験対象物の形状や材料は様々である。また、試験体を水中に浸して探傷を行う水浸法の場合、水中の超音波の伝搬を求める必要がある。このように、超音波探傷では超音波が伝搬する媒質の形状や材料は様々である。 In general, there are various shapes and materials of a medium through which a wave propagates. For example, in ultrasonic flaw detection, in order to simulate the propagation of ultrasonic waves in a test object by the FDTD method, it is necessary to input information on the shape and material of the test object to a computer. What is a test object in ultrasonic flaw detection? In some cases, it is a steel welded part, in various alloys, or in a material such as ceramic, and the shape and material of the test object are various. In addition, in the case of the water immersion method in which a test body is immersed in water for flaw detection, it is necessary to obtain propagation of ultrasonic waves in the water. As described above, there are various shapes and materials of the medium through which ultrasonic waves propagate in ultrasonic flaw detection.
上述したように、FDTD法でシミュレーションを行うには、波動が伝搬する媒質の形状や材料の情報を計算機に入力する必要がある。その方法として、形状を数式で表現し、数式による線で囲まれた範囲内をある材料として取り扱う方法が考えられる。この方法では、形状が円や四角形のような単純であれば十分に対応可能であるが、上述した超音波探傷のように、超音波の伝搬する媒質の形状が様々でる場合には、複雑な形状を数式で表現する必要があり、数式自体が複雑になる。このため、形状を表現する段階で処理に時間がかかるという困難さを伴う。 As described above, in order to perform the simulation by the FDTD method, it is necessary to input information on the shape and material of the medium through which the wave propagates to the computer. As a method for this, there is a method in which the shape is expressed by a mathematical expression, and the range surrounded by the mathematical expression line is handled as a certain material. In this method, if the shape is simple such as a circle or a rectangle, it can be adequately handled. However, if the shape of the medium through which the ultrasonic wave propagates varies, such as the ultrasonic flaw detection described above, the method is complicated. The shape needs to be expressed by a mathematical formula, and the mathematical formula itself becomes complicated. For this reason, there is a difficulty that processing takes time in the stage of expressing the shape.
数式を用いずに形状を表現する方法が提案されている(例えば、特許文献1参照)。特許文献1では、半導体装置の断面構造を表現する方法が示されており、波動伝搬シミュレーションとは分野が異なるが、「形状を表現する」という意味では従来技術に含まれる。特許文献1では、画面上での各ピクセルに付けられたピクセル値により物質の種別を定義し、隣接するピクセルのピクセル値が自己のピクセル値と異なるピクセルをその物質の境界と判断するという方法である。この方法を用いれば、複雑な形状であっても、数式で表現する方法と比べれば容易に形状を表現することが可能であると考えられる。しかし、特許文献1では、ピクセルサイズに関する情報については示されていない。
A method of expressing a shape without using a mathematical formula has been proposed (see, for example, Patent Document 1).
FDTD法では、空間を分割してシミュレーションを行うので、値(例えば、粒子速度)を計算する座標が媒質内に離散的に存在する。本明細書では、これら離散的な座標を格子、格子の間隔を格子間隔と呼ぶことにする。FDTD法では、各格子において値(例えば、粒子速度)を計算するので、形状をピクセルで表現するためには、各格子に対してそれぞれ別個にピクセル値を与えられるような形状表現が望まれる。言い換えれば、格子とピクセルとが1対1で対応する必要がある。これを実現するには、格子間隔とピクセルサイズを一致させる必要がある。しかし、特許文献1では、格子間隔という概念がないので、ピクセルサイズ対して特別な言及はしていない。すなわち、特許文献1に示されている技術をそのまま用いて形状を表現し、FDTD法のシミュレーションを行うことは困難である。
In the FDTD method, since a simulation is performed by dividing a space, coordinates for calculating a value (for example, particle velocity) exist discretely in the medium. In the present specification, these discrete coordinates are referred to as a lattice, and the interval between the lattices is referred to as a lattice interval. In the FDTD method, values (for example, particle velocities) are calculated in each grid. Therefore, in order to represent the shape with pixels, it is desirable to represent the shape so that pixel values can be individually given to each grid. In other words, it is necessary to have a one-to-one correspondence between the grid and the pixel. In order to realize this, it is necessary to match the lattice spacing and the pixel size. However, in
また、形状を表現する別の方法が提案されている(例えば、特許文献2参照)。特許文献2に示されている形状表現方法は、特許文献1と同様に半導体装置の加工に関する技術であり、形状の表現方法としては特許文献1とほぼ同じである。特許文献1では困難であった、粒子が斜めに飛来する場合にも適用できるように改良したものである。
Another method for expressing the shape has been proposed (see, for example, Patent Document 2). The shape expression method disclosed in
一方、格子間隔とピクセルサイズとを一致させた、FDTD法のシミュレーションが提案されている(例えば、非特許文献1参照)。非特許文献1では、きずの領域が「0」、きず以外の領域が「1」という2値データをFDTD法の格子点上に作っておき、このデータを計算機に入力して計算するという方法が示されている。しかし、非特許文献1に示されている方法は、「0」の領域では応力を零として計算し、「1」の領域ではそのまま計算するという方法あるので、空気と媒質(非特許文献1では試験体)という2つの材料しか考慮できない。
On the other hand, a simulation of the FDTD method in which the lattice spacing and the pixel size are matched has been proposed (for example, see Non-Patent Document 1). In
以上で説明したように、FDTD法で複雑形状の材料中を伝搬する波動シミュレーションを行う場合には、形状を計算機に入力することが困難となり、結果としてシミュレーションに要する時間が長くなるという問題点があった。 As described above, when a wave simulation propagating in a complex-shaped material is performed by the FDTD method, it is difficult to input the shape to a computer, and as a result, the time required for the simulation becomes long. there were.
また、画面上のピクセルによって形状を表現するという従来技術が示されているが、この従来技術ではピクセルサイズに関する記述がないため、波動伝搬シミュレーションへの適用が困難である。 Moreover, although the prior art of expressing a shape by the pixel on a screen is shown, since there is no description regarding a pixel size in this prior art, the application to a wave propagation simulation is difficult.
さらに、FDTD法の格子間隔とピクセルサイズとを一致させた従来技術もあるが、この従来技術では材料が3種類以上存在する場合には適用できないという問題点があった。 Furthermore, there is a conventional technique in which the lattice spacing of the FDTD method and the pixel size are matched, but this conventional technique has a problem that it cannot be applied when there are three or more kinds of materials.
この発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、その目的は、形状や材料の情報を計算機に入力してシミュレーションを行う場合に、これらの入力の作業を大幅に簡素化することができ、作業効率の向上を図ることができ、ひいてはシミュレーションに要する時間を短縮することができるシミュレーション装置及びシミュレーション方法を得るものである。 The present invention has been made to solve the above-described problems, and its purpose is to greatly simplify the input work when performing simulation by inputting shape and material information to a computer. It is possible to obtain a simulation apparatus and a simulation method that can improve the working efficiency and can reduce the time required for the simulation.
この発明に係るシミュレーション装置は、複数の材料で構成される所定の空間領域を複数の画素で構成される画像で表現し、各材料の形状及び種類を表す識別情報を各画素に与えた画像を保存する形状ファイルと、前記識別情報に対応して前記複数の材料の情報を保存する材料ファイルと、前記形状ファイル及び前記材料ファイルに基づいて、大きさがシミュレーションにおける空間分割の最小単位と同じ画素毎に、前記複数の材料で構成される所定の空間領域について所定の時間範囲にわたってシミュレーションを行う演算手段とを設けたものである。 The simulation apparatus according to the present invention expresses a predetermined spatial region composed of a plurality of materials by an image composed of a plurality of pixels, and provides an image in which identification information representing the shape and type of each material is given to each pixel. A shape file to be stored, a material file that stores information on the plurality of materials corresponding to the identification information, and a pixel having the same size as the smallest unit of space division in the simulation based on the shape file and the material file Each is provided with a calculation means for performing simulation over a predetermined time range for a predetermined space region composed of the plurality of materials.
この発明に係るシミュレーション装置は、入力の作業を大幅に簡素化することができ、作業効率の向上を図ることができ、ひいてはシミュレーションに要する時間を短縮することができるという効果を奏する。 The simulation apparatus according to the present invention can greatly simplify the input operation, improve the work efficiency, and consequently reduce the time required for the simulation.
実施の形態1.
この発明の実施の形態1に係るシミュレーション装置について図1から図14までを参照しながら説明する。この実施の形態1では、FDTD法による2次元弾性波伝搬シミュレーションを例にして説明する。なお、以下では「画素」という文言を用いるが、これは「ピクセル」と同義語である。
A simulation apparatus according to
図1は、この発明の実施の形態1に係るシミュレーション装置の構成を示す図である。なお、各図中、同一符号は同一又は相当部分を示す。
1 is a diagram showing a configuration of a simulation apparatus according to
図1において、この実施の形態1に係るシミュレーション装置は、演算装置(演算手段)1と、形状ファイルの内容(例えば、識別番号)及び材料ファイルの内容(例えば、縦波音速、横波音速、及び密度)を記憶するメモリ2と、形状ファイルを読み込むための形状ファイル入力装置3と、材料ファイルを読み込むための材料ファイル入力装置4とが設けられている。
In FIG. 1, the simulation apparatus according to the first embodiment includes an arithmetic unit (arithmetic unit) 1, a shape file content (for example, an identification number) and a material file content (for example, longitudinal wave velocity, shear wave velocity, and A
次に、図2及び図3を参照しながら形状ファイルについて説明する。図2は、斜角探触子で横穴を探傷する状況を説明する図である。また、図3は、形状ファイルの例を示す図である。 Next, the shape file will be described with reference to FIGS. FIG. 2 is a diagram for explaining a situation where a lateral hole is flawed with an oblique probe. FIG. 3 is a diagram illustrating an example of a shape file.
図2において、試験体5中に横穴6が存在している。また、くさび7と振動子8とで斜角探触子を構成する。横穴6の形状は、円であり、くさび7の形状は、水平線と垂直線だけでなく傾斜した直線も含んだ形状となっている。
In FIG. 2, a
図2では、くさび7や横穴6は比較的簡単な形状としているが、本実施の形態1に係るシミュレーション装置では、円や直線だけでなく曲線にも対応可能である。この例では、後述する実験結果と比較するために、実際に加工が容易な形状としている。
In FIG. 2, the
図2は直線と曲線で描いた図であるが、画素における色で表現すると、直線及び曲線上の画素は黒、それ以外の画素は白となる。本実施の形態1においては、画素は線を表すだけではなく、ある領域内の材料の識別情報を表すものとする。領域内の材料に対応して画素に材料の識別情報を与え、ファイルとして保存したものを、ここでは形状ファイルと呼ぶことにする。 FIG. 2 is a diagram drawn with a straight line and a curve, but when expressed in color in the pixel, the pixels on the straight line and the curve are black, and the other pixels are white. In the first embodiment, a pixel not only represents a line but also represents identification information of a material in a certain region. The material identification information given to the pixels corresponding to the material in the region and stored as a file will be called a shape file here.
図2に示した試験体5、横穴6、くさび7、及び振動子8を含み、周囲を空気として形状ファイルにした例を、図3に示す。図3中の小さな四角形が1つの画素である。図では画素毎の値を示している。図3の形状ファイルでは、試験体5内部の画素の値を「1」、くさび7内部の画素の値を「2」、振動子8内部の画素の値を「11」で表している。横穴6の内部は周囲の空気部分と同じとし、画素の値を「0」で表している。また、図3では領域を分かりやすくするため、図2を重ねて表示している。各画素の大きさは、後述するFDTD法の格子間隔と同じとする。
FIG. 3 shows an example in which the
図3に示すように、各領域内の画素の値を保存しておけば、その部分の材料が何であるかを識別することができる。言い換えれば、画素の値は材料の識別情報であり、識別情報が数字である場合には識別番号となる。なお、図3では分かりやすくするために画素を粗くして表したが、実際の画素(すなわち、FDTD法の格子間隔)は波長以下の細かさである。 As shown in FIG. 3, if the values of the pixels in each region are stored, it is possible to identify what the material of that portion is. In other words, the value of the pixel is material identification information, and if the identification information is a number, it is an identification number. In FIG. 3, the pixels are shown to be coarse for the sake of clarity, but the actual pixels (that is, the lattice spacing of the FDTD method) are finer than the wavelength.
続いて、図4及び図5を参照しながら材料ファイルについて説明する。図4は、材料ファイルの例を示す図である。また、図5は、FDTD法の格子と形状ファイルの画素を表した図である。材料ファイルとは、形状ファイルの持つ各画素の識別情報(識別番号)と、材料の情報を結びつけるテーブルである。ここでは、識別番号「0」が空気、「1」が鋼、「2」がアクリル、「3」がポリスチレン、「4」がアルミニウム、「5」がチタン、「6」が金、「7」が銀、「8」が銅、「9」がタングステン、「10」が水の情報とそれぞれ対応している。図4に示した材料ファイルの例では、材料の情報として、『縦波音速[m/s]』、『横波音速[m/s]』、及び『密度[kg/m3]』を用いた。固体が等方体である場合には、これら3つのパラメータで材料の性質を表すことができる。勿論、ラーメの定数や、弾性スティフネス、弾性コンプライアンスを用いても構わない。要するに、シミュレーションに必要な材料の情報が材料ファイルに保存されるものとする。なお、空気中には波動は伝搬しないものと仮定しているので、空気の情報を与えていない。 Next, the material file will be described with reference to FIGS. FIG. 4 is a diagram illustrating an example of a material file. FIG. 5 is a diagram showing the lattice of the FDTD method and the pixels of the shape file. The material file is a table that associates the identification information (identification number) of each pixel included in the shape file with the material information. Here, the identification number “0” is air, “1” is steel, “2” is acrylic, “3” is polystyrene, “4” is aluminum, “5” is titanium, “6” is gold, “7” Corresponds to silver, “8” corresponds to copper, “9” corresponds to tungsten, and “10” corresponds to water information. In the example of the material file shown in FIG. 4, “longitudinal wave sound velocity [m / s]”, “transverse wave sound velocity [m / s]”, and “density [kg / m 3 ]” are used as material information. . When the solid is isotropic, the properties of the material can be expressed by these three parameters. Of course, a Lame constant, elastic stiffness, or elastic compliance may be used. In short, it is assumed that material information necessary for the simulation is stored in the material file. In addition, since it is assumed that a wave does not propagate in the air, information on air is not given.
ところで、2次元弾性波FDTD法で等方体の固体を伝搬する弾性波を計算する場合、以下の計算式を用いて計算を行う。 By the way, when calculating an elastic wave propagating through an isotropic solid by the two-dimensional elastic wave FDTD method, the calculation is performed using the following calculation formula.
ここで、vx及びvzは、それぞれ、x方向及びz方向の粒子速度、Txx,Tzz,及びTxzは応力テンソルである。Vl及びVsは、それぞれ、媒質の縦波音速及び横波音速である。ρは媒質の密度である。2次元弾性波FDTD法は、式(1)〜(5)に基づいて、粒子速度と応力を時間的及び空間的に交互に計算するものである。 Here, v x and v z are the particle velocities in the x and z directions, respectively, and T xx , T zz , and T xz are stress tensors, respectively. V l and V s, respectively, a longitudinal acoustic velocity and shear wave velocity of the medium. ρ is the density of the medium. In the two-dimensional elastic wave FDTD method, the particle velocity and stress are alternately calculated temporally and spatially based on the equations (1) to (5).
また、図5に、2次元弾性波FDTD法における格子を示す。図中では、粒子速度及び応力を計算する格子が示されており、白四角印がvx、白丸印がvz、黒四角印がTxxとTzz、黒丸印がTxzを計算する格子を表している。格子間隔は、x方向z方向ともにΔhとして示している。格子間隔を、例えばvxとTxzを計算する格子間距離とする考え方もあるが、図5では、同じパラメータ(例えば、vzとvz)を計算する格子間の距離を格子間隔とした。なお、本実施の形態1では、格子間隔を空間分割の最小単位とする。 FIG. 5 shows a lattice in the two-dimensional elastic wave FDTD method. In the figure, a lattice for calculating the particle velocity and stress is shown. The white square mark is v x , the white circle mark is v z , the black square mark is T xx and T zz , and the black circle mark is a lattice for calculating T xz. Represents. The lattice spacing is shown as Δh in both the x and z directions. Although there is an idea that the lattice spacing is, for example, the inter-lattice distance for calculating v x and T xz , in FIG. 5, the distance between the lattices for calculating the same parameter (for example, v z and v z ) is the lattice spacing. . In the first embodiment, the lattice spacing is the minimum unit of space division.
また、図5中には、太線で形状ファイルの画素の境界を示している。すなわち、太線で囲まれた四角形が形状ファイルの画素に相当し、画素の大きさと格子間隔Δhとが同じである状況を示している。 Further, in FIG. 5, the borders of the pixels of the shape file are indicated by bold lines. In other words, a rectangle surrounded by a thick line corresponds to a pixel in the shape file, and the size of the pixel and the lattice interval Δh are the same.
さて、この実施の形態1に係るシミュレーション装置の動作について図面を参照しながら説明する。 Now, the operation of the simulation apparatus according to the first embodiment will be described with reference to the drawings.
図6は、演算装置とメモリとの間の情報伝達の様子を示した図である。図7は、FDTD法の格子と形状ファイルの画素を表した図である。図8は、この発明の実施の形態1に係るシミュレーション装置の動作を示すフローチャートである。図9は、斜角探傷における探触子と試験体との相対的な位置関係を示した図である。図10は、この発明の実施の形態1に係るシミュレーション装置を用いて得られた音場スナップショットを示す図である。図11は、実験により得られたエコーを示す図である。図12は、この発明の実施の形態1に係るシミュレーション装置により得られたエコーを示す図である。図13は、試験体が水中にある場合の探触子と試験体との相対的な位置関係を示した図である。図14は、この発明の実施の形態1に係るシミュレーション装置を用いて得られた音場スナップショットを示す図である。
FIG. 6 is a diagram illustrating a state of information transmission between the arithmetic device and the memory. FIG. 7 is a diagram showing a lattice of the FDTD method and pixels of the shape file. FIG. 8 is a flowchart showing the operation of the simulation apparatus according to
シミュレーション開始時には、形状フィアルと材料ファイルが既に作成されているものとする。まず、形状ファイル入力装置3を用いて形状ファイルを読み込み、その内容をメモリ2に記憶する。図3に示したような形状ファイルの場合は、識別番号をメモリ2に記憶する。次に、材料ファイル入力装置4を用いて材料ファイルを読み込み、その内容をメモリ2に記憶する。図4に示したような材料ファイルの場合は、縦波音速、横波音速、及び密度をメモリ2に記憶する。
It is assumed that the shape file and material file have already been created at the start of simulation. First, a shape file is read using the shape
次に、演算装置1において、計算を行う格子を決める。この格子の座標を形状ファイルが格納されているメモリ2のアドレスに変換し、そのアドレスを指定する。メモリ2からは、指定されたアドレスから識別番号が読み出される。例えば、計算を行う格子の座標がくさび7の内部である場合、形状ファイルではくさびの領域は識別番号「2」としているので、「2」という値が読み出される。
Next, the
演算装置1では、読み出された識別番号を材料ファイルが格納されているメモリ2のアドレスに変換し、そのアドレスを指定する。例えば、識別番号が「2」であれば、2番目のアドレスを指定するようにする。指令されたアドレスから材料の情報が読み出される。アドレスの番号が2番目であれば、図4に示した材料ファイルでは、縦波音速2730m/s、横波音速1430m/s、密度1180kg/m3という値が読み出される。これらの値を用いて、計算を行う。
The
すなわち、ある座標において、座標に対応する形状ファイルの識別番号が「2」であり、材料ファイルの2番目のアドレスに「縦波音速2730m/s、横波音速1430m/s、密度1180kg/m3」という値が格納されている場合には、その座標における計算は、Vl=2730m/s、Vs=1430m/s、及びρ=1180kg/m3として計算する。計算式は全ての座標において共通の式(式(1)〜(5))であるので、計算式を変更することなく材料の情報を変えることで、様々な材料にも対応できる。また、形状ファイルでは各画素毎に識別情報を与えているので、材料の形状が複雑であっても画素の識別情報を変えるという簡単な作業で対応できる。このように、形状ファイルと材料フィアルを用いることによって、座標毎にVl、Vs、及びρを変えることができるので、種々の材料が入り混じった複雑な形状の試験体においてもFDTD法で弾性波の伝搬を計算することができる。
That is, at a certain coordinate, the identification number of the shape file corresponding to the coordinate is “2”, and the second address of the material file is “longitudinal wave velocity 2730 m / s, transverse wave velocity 1430 m / s,
なお、ここでは簡単のため、識別番号の値と材料ファイルのアドレス番号が同じである場合について説明したが、この2つは必ずしも同じでなくても良い。計算を行う座標の材料の情報が分かればよいので、例えば形状ファイルの識別番号が「2」である場合に、材料ファイルの3番目のアドレスを指定するような処理を行っても構わない。 Here, for the sake of simplicity, the case where the value of the identification number and the address number of the material file are the same has been described, but the two do not necessarily have to be the same. Since it is only necessary to know the material information of the coordinates to be calculated, for example, when the identification number of the shape file is “2”, a process of designating the third address of the material file may be performed.
本実施の形態1に係るシミュレーション装置では、上記の処理を計算領域全面に渡って行う。例えば、図3に示した形状ファイルでは試験体5の領域は識別番号「1」であるので、計算する座標が試験体内である場合には、図4に示した材料ファイルの1番目のアドレスに「縦波音速5930m/s、横波音速3240m/s、密度7700kg/m3」とあるので、Vl=5930m/s、Vs=3240m/s、及びρ=7700kg/m3として計算する。
In the simulation apparatus according to the first embodiment, the above processing is performed over the entire calculation region. For example, in the shape file shown in FIG. 3, the area of the
また、計算領域全面に渡って上記の処理を行った後、時間を進ませて計算する。時間を進ませて計算することにより、波動の伝搬をシミュレーションで求めることができる。 In addition, after the above processing is performed over the entire calculation area, the calculation is performed by advancing the time. The wave propagation can be obtained by simulation by calculating with increasing time.
ここで、FDTD法の格子間隔Δhと形状ファイルの画素の大きさを同じにすることにより生じる効果について、改めて説明する。上述したように、形状ファイル及び材料ファイルを用いた方法では、計算を行う座標毎に材料の情報を変えてシミュレーションを行う。したがって、格子間隔Δhと形状ファイルの画素の大きさが同じでない場合、例えば図7に示すように、格子(例えば、vz)の数4に対し画素の数1のような場合、形状ファイルの識別番号と格子との対応がとれない。このような場合に計算を行うには、何らかの処置を新たに設けなければならず、結果としてシミュレーションに要する時間が長くなってしまう。言い換えれば、形状ファイルを用いるメリットが大幅に低減されてしまう。また、形状を表すための空間分解能が低減するというデメリットもある。さらに、4対1のような区切りのよい比率でなく、例えば9対2のような比率の場合、さらに、新たに必要な処理がさらに複雑になり、ますます計算時間が長くなってしまう。
Here, the effect produced by making the lattice spacing Δh of the FDTD method the same as the pixel size of the shape file will be described again. As described above, in the method using the shape file and the material file, the simulation is performed by changing the material information for each coordinate to be calculated. Therefore, when the lattice spacing Δh and the pixel size of the shape file are not the same, for example, as shown in FIG. 7, when the number of pixels is 1 with respect to the
これに対し格子間隔Δhと形状ファイルの画素の大きさが同じであれば、図5に示したように、格子(例えば、vz)と画素の数が1対1で対応することになる。したがって、形状ファイルをそのまま使用してシミュレーションを行うことが可能となり、計算時間を短縮できるという効果がある。また、格子間隔Δhと形状ファイルの画素の大きさが同じであれば、実物の試験体の大きさと形状ファイルとの対応が簡単になるという効果もある。 On the other hand, if the grid interval Δh is the same as the pixel size of the shape file, the grid (for example, v z ) and the number of pixels have a one-to-one correspondence as shown in FIG. Therefore, it is possible to perform a simulation using the shape file as it is, and the calculation time can be shortened. Further, if the lattice spacing Δh and the size of the pixel in the shape file are the same, there is an effect that the correspondence between the size of the actual test object and the shape file can be simplified.
なお、形状ファイルの画素を小さくして、格子(例えば、vz)の数1に対し画素の数4のような場合には、1対1の対応と同様の効果が得られるが、ファイルが大きくなるだけなので、実用的ではない。また、1対4のように区切りのよい比率ではなく、例えば2対9のような比率の場合、新たな処理が必要となるので、計算時間を短縮できるという効果が薄れる。
Note that when the number of pixels in the shape file is reduced so that the number of pixels is 4 with respect to the
以上に示した一連の処理をフローチャートにまとめて図8に示す。図8は、X−Z平面における2次元弾性波FDTD法のシミュレーションを本実施の形態1に係るシミュレーション装置を用いて行った場合の処理を示している。 The series of processes shown above is shown in a flowchart in FIG. FIG. 8 shows processing when a simulation of the two-dimensional elastic wave FDTD method in the XZ plane is performed using the simulation apparatus according to the first embodiment.
まず、ステップ101及びステップ102において、形状ファイル及び材料ファイルをメモリ2に読み込む。この順番はどちらが先でも構わない。
First, in
次に、ステップ103において、FDTD法におけるシミュレーションの開始時間Tを決める。一般には、T=0である。
Next, in
次に、ステップ104において、格子の座標(x,z)を決める。これは、空間的な計算開始点となる。任意であるが、分かりやすい点(例えば、座標原点)を選べば良い。
Next, in
次に、ステップ105において、座標(x,z)を形状フィアルが格納されているメモリ2のアドレスに変換し、そのアドレスを指定する。
Next, in
次に、ステップ106において、メモリ2の指定されたアドレスから識別番号が読み出される。
Next, in
次に、ステップ107において、識別番号を材料ファイルが格納されているメモリ2のアドレスに変換し、そのアドレスを指定する。
Next, in
次に、ステップ108において、メモリ2内の指定されたアドレスから材料の情報が読み出される。
Next, in
次に、ステップ109において、ステップ108まででFDTD法の計算に必要な情報が整ったので、式(1)〜(5)を用いてFDTD法の計算(応力と粒子速度を求める計算)を行う。
Next, in
次に、ステップ110〜111において、ステップ109までの処理を、形状ファイルが表す領域全体において行う。領域全体の計算が終了しているかどうかを判断し、終了していなければ、座標(x,z)を変えてステップ105に戻り、座標(x,z)を形状フィアルが格納されているメモリ2のアドレスに変換するところから同様の処理を行う。
Next, in
次に、ステップ112において、領域全体の計算が終了していれば、必要に応じて式(1)〜(5)の計算結果をファイルに出力する。弾性波のシミュレーションでは、ある時間における粒子速度あるいは応力をファイルに出力する。
Next, in
次に、ステップ113〜114において、その後、予め決めておいた時間範囲の計算が終了したかどうかを判断し、終了してなければ時間Tを変え、ステップ104の座標(x,z)を求める処理から同様の処理を繰り返す。
Next, in
そして、ステップ115において、必要な時間範囲を計算したならば、必要に応じて出力信号をファイルに出力して一連の処理を終了する。この出力信号は、超音波探傷などのシミュレーションでは振動子で受信されたエコーなどである。
In
図8に示したフローチャートの内、形状ファイル及び材料ファイルを取り扱う処理以外は通常のFDTD法の処理である。この実施の形態1では、計算領域が複雑な形状であっても、また、計算領域内に種々の材料が入り混じっている場合であっても、形状ファイル及び材料ファイルを用いることによって形状や材料を容易に計算機に入力することができるので、FDTD法のシミュレーションを効率良く行うことができ、計算時間を短縮できるという効果がある。 In the flowchart shown in FIG. 8, processing other than processing of the shape file and the material file is normal FDTD processing. In the first embodiment, even if the calculation area has a complicated shape, or even when various materials are mixed in the calculation area, the shape and the material can be obtained by using the shape file and the material file. Can be easily input to the computer, so that the FDTD method can be efficiently simulated and the calculation time can be shortened.
実際に、この実施の形態1に係るシミュレーション装置を開発してシミュレーションを行った例を以下に示す。形状ファイル及び材料ファイルは、それぞれ、図3及び図4に示したものを用いた。すなわち、くさび7はアクリルであり、試験体5は鋼である。探触子と試験体5との相対的な位置関係を改めて図9に示す。振動子8の寸法は6mm、入射角は36.6°、横穴6の直径は2mm、深さは7.5mm、入射点から横穴6の中心までの水平方向距離は8mmとした。
An example in which the simulation apparatus according to the first embodiment is actually developed and simulated is shown below. The shape file and material file shown in FIGS. 3 and 4 were used, respectively. That is, the
振動子8を励振してから15μsまでの3μs毎の音場スナップショットを図10(a)〜(f)に示す。図10では、粒子速度の強度を濃淡で示している。振動子8で励振された弾性波が、アクリル7と鋼5との境界面を透過し、横穴6で散乱され、再びアクリル7内に伝搬してくる様子が分かる。
FIGS. 10A to 10F show sound field snapshots every 3 μs from when the
本実施の形態1に係るシミュレーション装置の妥当性を確認するため、実験を行った。実験に用いた探触子と試験体との相対的な位置関係は、図9に示したものと同じとした。実験で得られたエコーを図11に示す。また、本実施の形態1に係るシミュレーション装置を用いて得られたエコーを図12に示す。図11と図12を比較すると、波形及び受信時間はほぼ一致している。この結果から、本実施の形態1に係るシミュレーション装置の妥当性が確認できた。 An experiment was performed to confirm the validity of the simulation apparatus according to the first embodiment. The relative positional relationship between the probe used in the experiment and the specimen was the same as that shown in FIG. The echo obtained in the experiment is shown in FIG. Further, FIG. 12 shows echoes obtained using the simulation apparatus according to the first embodiment. Comparing FIG. 11 and FIG. 12, the waveform and the reception time are almost the same. From this result, the validity of the simulation apparatus according to the first embodiment was confirmed.
図10及び図12に示した結果は、X−Z平面における2次元弾性波FDTD法のシミュレーションを、本実施の形態1に係るシミュレーション装置を用いて行った例であるが、本実施の形態1に係るシミュレーション装置は弾性波以外にも適用可能である。例えば、水中や空気中を伝搬する音響波にも適用可能である。本実施の形態1に係るシミュレーション装置を用いて、固体と水が混在する場合のシミュレーションを行った結果を以下に示す。
The results shown in FIGS. 10 and 12 are examples in which the simulation of the two-dimensional elastic wave FDTD method in the XZ plane is performed using the simulation apparatus according to the first embodiment. The simulation apparatus according to the present invention can be applied to other than elastic waves. For example, the present invention can be applied to acoustic waves that propagate in water or air. The result of having performed the simulation in case solid and water coexist using the simulation apparatus which concerns on this
シミュレーション例として、試験体が水中にある水浸法を対象とした。図13に、水浸法における探触子と試験体5との相対的な位置関係を示す。厚さ10mmの鋼の試験体5中に、不純物6Aとして直径2mmのアルミニウムがあると仮定し、これを2mmの水10を介して超音波探傷を行うことを仮定した。
As a simulation example, a water immersion method in which a test body is in water was used. FIG. 13 shows a relative positional relationship between the probe and the
探触子と試験体5との相対的な位置関係を図13のようにして、本実施の形態1に係るシミュレーション装置を用いて水浸法の超音波探傷に関するFDTD法のシミュレーションを行った。図14(a)〜(h)に振動子8を励振してから14μsまでの音場スナップショットを2μs毎に示す。このシミュレーションにおいても、材料ファイルは図4に示したものを用いた。すなわち、形状ファイルにおいて、識別番号を、水は「10」、アルミニウムは「4」とした。図14から、くさび中の弾性波が水に到達し、屈折して音響波に変換される様子が分かる。また、水中の音響波が試験体5に達すると、屈折して弾性波に変換される様子が分かる。試験体5に対する入射角が大きいので、試験体中には主に横波が伝搬する。横波が試験体底面で反射された後、φ2の不純物6Aに達する。試験体5が鋼、不純物6Aがアルミニウムである場合は、音響インピーダンスが異なるので、入射波に対して散乱波が発生する。また、透過波も存在する。シミュレーションでは、これらの様子を可視化して再現している。すなわち、本実施の形態1に係るシミュレーション装置では、弾性波と音響波が混在するような状況であっても、形状ファイルと材料ファイルを用いることによって簡単にシミュレーションできるので、作業効率を大幅に向上するという効果がある。なお、図4の材料ファイルに示すように、水の横波音速を零(0)とすることにより、水中を伝搬する音響波を計算した。
The relative positional relationship between the probe and the
本実施の形態1において、形状ファイルにおける画素は正方形でなくても構わない。長方形でも良い。画素が長方形の場合には、FDTD法の格子間隔も縦方向と横方向とで異なる大きさとなる。さらに、ここでは画素の識別情報として数字を用いた場合、すなわち、識別番号を用いた場合について説明したが、画素の識別情報は数字だけに限定するものではない。記号やアルファベットでも構わない。さらに、色や濃淡で画素を表しても良い。要するに、その画素が他の画素と異なることを示すことができれば良い。 In the first embodiment, the pixels in the shape file need not be square. It may be rectangular. When the pixels are rectangular, the lattice spacing of the FDTD method also differs in the vertical direction and the horizontal direction. Furthermore, although the case where a number is used as the pixel identification information, that is, the case where the identification number is used is described here, the pixel identification information is not limited to only a number. It can be a symbol or alphabet. Further, the pixels may be represented by color or shading. In short, it is only necessary to show that the pixel is different from other pixels.
また、ここでは説明を省略するが、本実施の形態1に係るシミュレーション装置は、電磁波の計算にも適用できる。電磁波におけるFDTD法は電界と磁界を計算するものであるが、計算式は式(1)〜(5)と類似している。すなわち、画素に材料の識別情報を与えたものを形状ファイルとして保存しておき、材料の情報を材料ファイルとして保存し、形状ファイルと材料ファイルと用いてシミュレーションを行う手法は、弾性波、音響波、電磁波等の波の性質に係らず適用できる。
Moreover, although description is abbreviate | omitted here, the simulation apparatus which concerns on this
また、本実施の形態1は、2次元だけでなく3次元でも適用できる。この場合には、式(1)〜(5)は3次元に対応した式になる。勿論、3次元の音響波、3次元の電磁波にも適用できる。 The first embodiment can be applied not only in two dimensions but also in three dimensions. In this case, the equations (1) to (5) are equations corresponding to three dimensions. Of course, the present invention can also be applied to a three-dimensional acoustic wave and a three-dimensional electromagnetic wave.
さらに、FDTD法以外にも適用できる。空間を分割し、各格子において値を求めるというシミュレーション全般に適用できる。例えば、差分法にも適用可能である。 Furthermore, it can be applied to other than the FDTD method. The present invention can be applied to all simulations in which a space is divided and a value is obtained in each lattice. For example, it can be applied to the difference method.
最後に、形状ファイルについて補足説明する。ここで説明したシミュレーション例においては、探触子及び試験体を表した形状ファイルの形式をビットマップファイルとした。ビットマップファイルは画素毎に値を付して画像を保存する形式であるので、本実施の形態1に係るシミュレーション装置によるシミュレーションを行うときに用いるファイルとして適している。また、ビットマップファイルのヘッダーには、縦方向及び横方向の画素数が記憶されるので、ここで示したシミュレーションではその画素数の情報も用いた。しかし、本実施の形態1において、形状ファイルの形式はビットマップフィアルに限定するものではなく、各画素に材料の識別情報が保存されているファイルであれば、どのような形式のファイルを用いても構わない。 Finally, a supplementary explanation of the shape file will be given. In the simulation example described here, the format of the shape file representing the probe and the specimen is a bitmap file. Since the bitmap file is a format in which an image is stored with a value for each pixel, it is suitable as a file used when a simulation is performed by the simulation apparatus according to the first embodiment. In addition, since the number of pixels in the vertical and horizontal directions is stored in the header of the bitmap file, the information on the number of pixels is also used in the simulation shown here. However, in the first embodiment, the shape file format is not limited to the bitmap file, and any type of file may be used as long as the material identification information is stored in each pixel. It doesn't matter.
また、形状ファイルの作り方として、実物の写真に基づいて作成しても良いし、計算機で作成した図に基づいて作成しても良い。また、紙に書いた図をスキャナで計算機に読み込み、読み込んだ図に基づいて作成しても良い。 In addition, as a method of creating the shape file, it may be created based on a real photograph, or may be created based on a diagram created by a computer. In addition, a figure written on paper may be read into a computer by a scanner and created based on the read figure.
以上説明したように、シミュレーションの格子間隔と同じ大きさの画素に材料の識別情報を与えた形状ファイルを用い、材料の情報を保存した材料ファイルを用いてシミュレーションを行うことにより、シミュレーションが簡単になり、結果として計算に要する時間を短縮できるという効果がある。 As described above, using a shape file in which material identification information is given to pixels with the same size as the lattice spacing of the simulation, and performing a simulation using a material file in which material information is stored, the simulation can be simplified. As a result, the time required for calculation can be shortened.
実施の形態2.
この発明の実施の形態2に係るシミュレーション装置について図15から図18までを参照しながら説明する。図15は、この発明の実施の形態2に係るシミュレーション装置の構成を示す図である。図16は、アレイ探触子で試験体を探傷する状況を説明する図である。図17は、アレイ探触子を含んだ形状ファイルの例を示す図である。図18は、信号ファイルの例を示す図である。
A simulation apparatus according to
図15において、この実施の形態2に係るシミュレーション装置は、演算装置(演算手段)1と、メモリ2と、形状ファイル入力装置3と、材料ファイル入力装置4と、さらに、信号ファイルを読み込む信号ファイル入力装置9とが設けられている。
In FIG. 15, the simulation apparatus according to the second embodiment includes an arithmetic device (arithmetic means) 1, a
この実施の形態2においても、形状ファイル及び材料ファイルを用いてシミュレーションを行うところは、上記の実施の形態1と同様である。この実施の形態2では、これをさらに発展させ、アレイ探触子の振動子に識別情報を与え、複数の振動子が存在する場合のシミュレーションへの対応を図ったものである。 In the second embodiment, the simulation is performed using the shape file and the material file as in the first embodiment. In the second embodiment, this is further developed, identification information is given to the transducers of the array probe, and a response to the simulation in the case where a plurality of transducers are present is intended.
次に、アレイ探触子の振動子について説明する。図16は、アレイ探触子で試験体を探傷する状況を示したものである。図16において、試験体5中に横穴6が存在する。試験体5の周囲は水10で、アレイ探触子は振動子11だけである。実際のアレイ探触子は、振動子11だけで構成されることはないが、ここでは簡単のため、複数の振動子11だけで構成されているとする。
Next, the transducer of the array probe will be described. FIG. 16 shows a situation in which a specimen is flawed with an array probe. In FIG. 16, the
図16に示した振動子11、試験体5、及び横穴6を含み、周囲を空気として形状ファイルにした例を、図17に示す。図17中の小さな四角形が1つの画素である。図では画素毎の値を示している。また、図17は、形状ファイルの左上部分を拡大したものであり、振動子11、水10、試験体5、横穴6、及び空気が示されている。図17の形状ファイルでは、試験体5内部の画素の値を「1」、横穴6の内部は周囲の空気部分と同じとし、画素の値「0」で表している。これらの画素の値は、上記実施の形態1と同様に材料の識別番号である。また、振動子11の内部の画素の値を「11」、「12」、「13」、「14」、「15」で表している。拡大して示しているので「15」までしかないが、例えば64素子のアレイ探触子の場合、画素の値は「11」〜「74」となる。また、図17では領域を分かりやすくするため、図16を重ねて表示している。各画素の大きさは、上記実施の形態1と同様にFDTD法の格子間隔と同じとする。
FIG. 17 shows an example in which the
続いて、信号ファイルについて説明する。信号ファイルとは、形状ファイルの持つ各画素の識別情報と、アレイ探触子の信号源の情報を結びつけるテーブルである。信号源とは、超音波探触子の場合は振動子となる。図18に信号ファイルの例を示す。ここでは信号源の情報として、『入射角[deg]』、『遅延時間[s]』、及び『振幅強度(振動子を励振する信号の大きさ)』とした。また、この3つ以外の情報を信号ファイルに格納しても良い。すなわち、信号源の情報であれはどのような情報でも良いが、ここでは代表例として、入射角、遅延時間、及び振幅強度として説明する。 Next, the signal file will be described. The signal file is a table that associates the identification information of each pixel included in the shape file with the information of the signal source of the array probe. In the case of an ultrasonic probe, the signal source is a transducer. FIG. 18 shows an example of a signal file. Here, as the information of the signal source, “incident angle [deg]”, “delay time [s]”, and “amplitude intensity (magnitude of signal for exciting the vibrator)” are used. Further, information other than the three may be stored in the signal file. In other words, any information may be used as long as the signal source information, but here, as a representative example, description will be made on an incident angle, a delay time, and an amplitude intensity.
図18に示した信号ファイルの入射角とは、振動子11から放射される超音波の角度を示すものである。垂直方向を基準にすると、垂直に放射(図16では下側)するときは、0°となる。遅延時間とは、アレイ探触子として動作させるときの励振タイミングの遅延時間である。また、振幅強度とは、各振動子11から放射される超音波の強度に重み付けをするときに用いる。振動子11から超音波が放射しないとしてシミュレーションする場合には、「0」とする。
The incident angle of the signal file shown in FIG. 18 indicates the angle of the ultrasonic wave radiated from the
本実施の形態2に係るシミュレーション装置の動作を、図15〜図18を参照しながら説明する。シミュレーション開始時には、形状フィアル、材料ファイル、及び信号ファイルが既に作成されているものとする。上記実施の形態1と同様に、まず、形状ファイル入力装置3を用いて形状ファイルを読み込み、その内容をメモリ2に記憶する。図3に示したような形状ファイルの場合は、識別番号をメモリ2に記憶する。次に、材料ファイル入力装置4を用いて材料ファイルを読み込み、その内容をメモリ2に記憶する。図4に示したような材料ファイルの場合は、縦波音速、横波音速、及び密度をメモリ2に記憶する。さらに、この実施の形態2では、信号ファイル入力装置9を用いて信号ファイルを読み込み、その内容をメモリ2に記憶する。図18に示したような信号ファイルの場合は、入射角、遅延時間、及び振幅強度をメモリ2に記憶する。
The operation of the simulation apparatus according to the second embodiment will be described with reference to FIGS. It is assumed that the shape file, material file, and signal file have already been created at the start of the simulation. As in the first embodiment, first, a shape file is read using the shape
振動子11以外の部分における動作は、上記実施の形態1と同じであるので説明を省略し、計算を行う格子の座標が振動子の領域内にある場合について説明する。計算を行う座標を形状フィアルが格納されているメモリ2のアドレスに変換し、そのアドレスを指定する。メモリ2からは、指定されたアドレスから識別番号が読み出される。図17の形状ファイルにおいて、左端の振動子の識別番号は「11」としているので、計算を行う座標が左端の振動子内にある場合には「11」という値が読み出される。
Since the operation in the portion other than the
演算装置1では、識別番号を信号ファイルが格納されているメモリ2のアドレスに変換し、そのアドレスを指定する。例えば、識別番号が「11」であれば、1番目のアドレスを指定するようにする。指令されたアドレスから探触子の制御パラメータが読み出される。アドレスの番号が1番目であれば、図18に示した信号ファイルでは、入射角0°、遅延時間0[s]、振幅強度「0」という値が読み出される。すなわち、「11」の振動子からは超音波の放射はない。
In the
また、例えば、識別番号が「22」であれば、12番目のアドレスを指定するようにする。指令されたアドレスから探触子の制御パラメータが読み出される。アドレスの番号が12番目であれば、図18に示した信号ファイルでは、入射角0°、遅延時間7.080E−08[s]、振幅強度「0」という値が読み出される。 For example, if the identification number is “22”, the 12th address is designated. The probe control parameters are read from the commanded address. If the address number is 12, the signal file shown in FIG. 18 reads values of an incident angle of 0 °, a delay time of 7.080E-08 [s], and an amplitude intensity of “0”.
各振動子においては、読み出された信号源の情報に基づいて、超音波が放出される。FDTD法において振動子から超音波を放射する方法は色々考えられるが、ここでは、振動子の領域内にある全ての粒子速度の格子に値を与える方法を用いる。まず、信号源の情報において、入射角がα、振幅強度がAであるである場合には、以下の値を求めておく。 Each transducer emits ultrasonic waves based on the read signal source information. In the FDTD method, there are various methods of emitting ultrasonic waves from the vibrator. Here, a method is used in which values are given to all particle velocity lattices in the region of the vibrator. First, in the signal source information, when the incident angle is α and the amplitude intensity is A, the following values are obtained.
Ax=A×sinα、
Az=A×cosα (6)
A x = A × sin α,
A z = A × cos α (6)
次に、信号源の情報において、遅延時間がτである場合には、別途用意した音源の信号s(t)に対して、s(t−τ)という信号を作る。 Next, in the signal source information, when the delay time is τ, a signal s (t−τ) is generated with respect to a separately prepared sound source signal s (t).
続いて、振動子の領域内にある全ての粒子速度の格子において、粒子速度vx及びvzを、それぞれ、以下のようにすることにより、制御情報に基づいた超音波を振動子から放射させることができる。 Subsequently, in all lattices of particle velocities in the region of the vibrator, the particle velocities v x and v z are set as follows, so that ultrasonic waves based on the control information are emitted from the vibrator. be able to.
vx=Ax×s(t−τ)、
vz=Az×s(t−τ) (7)
v x = A x × s (t−τ),
v z = A z × s (t−τ) (7)
振動子の領域内にある全ての粒子速度の格子に式(7)の値を与えなくても、超音波の放射面に接する格子にだけ式(7)の値を与えれば、超音波を放射することができる。しかし、放射面を特定するという別の作業が必要となるので、ここでは振動子の領域内にある全ての粒子速度の格子に式(7)の値を与える方式を用いる。例えば、振動子の領域で識別番号が「22」である場合、以下のようになる。この値を、全ての識別番号が「22」に対応する格子のvx及びvzに与える。 Even if the value of the equation (7) is not given to all the particle velocity lattices in the region of the vibrator, the ultrasonic wave is emitted if the value of the equation (7) is given only to the lattice in contact with the ultrasonic radiation surface. can do. However, since another work of specifying the radiation surface is required, here, a method is used in which the value of equation (7) is given to all particle velocity lattices in the region of the vibrator. For example, when the identification number is “22” in the region of the vibrator, it is as follows. This value is given to v x and v z of the grid whose all identification numbers correspond to “22”.
vx=0×s(t−7.080E−8)=0、
vz=1×s(t−7.080E−8)
v x = 0 × s (t−7.080E−8) = 0,
v z = 1 × s (t−7.080E−8)
このように、形状ファイルと信号ファイルを用いることにより、アレイ探触子の振動子から放射する超音波を制御することができるので、簡単にアレイ探触子の音場シミュレーションを行うことができる。すなわち、計算時間を短縮することができる。なお、信号ファイルを超音波の放射に用いた場合について説明したが、信号ファイルを、媒質内を伝搬してきた超音波の受信に用いても良い。さらに、超音波に限らず、音響波や電磁波の放射や受信に用いても構わない。 Thus, since the ultrasonic wave radiated from the transducer of the array probe can be controlled by using the shape file and the signal file, the sound field simulation of the array probe can be easily performed. That is, the calculation time can be shortened. In addition, although the case where the signal file was used for the radiation of the ultrasonic wave was described, the signal file may be used for reception of the ultrasonic wave propagating in the medium. Furthermore, not only ultrasonic waves but also acoustic waves and electromagnetic waves may be used for radiation and reception.
また、この実施の形態2も、上記実施の形態1と同様に色々なバリエーションに適用できる。すなわち、形状ファイルにおける画素は正方形でなくても構わない。また、画素が他の画素と異なることを示すことができれば良いので、画素の識別情報は数字でなくても、記号やアルファベットでも構わない。さらに、色や濃淡で画素を表しても良い。要するに、その画素が他の画素と異なることを示すことができれば良い。 The second embodiment can also be applied to various variations as in the first embodiment. That is, the pixels in the shape file may not be square. In addition, since it is only necessary to indicate that the pixel is different from the other pixels, the pixel identification information may not be a number but may be a symbol or an alphabet. Further, the pixels may be represented by color or shading. In short, it is only necessary to show that the pixel is different from other pixels.
また、上記実施の形態1と同様に、このシミュレーション装置は電磁波や音響波等にも適用できる。3次元のシミュレーションにも適用できる。さらに、FDTD法以外の、例えば差分法にも適用できる。 As in the first embodiment, the simulation apparatus can be applied to electromagnetic waves, acoustic waves, and the like. It can also be applied to a three-dimensional simulation. Furthermore, the present invention can be applied to, for example, a difference method other than the FDTD method.
さらに、形状ファイルの形式についても上記実施の形態1同様であり、ファイルの形式をビットマップファイルとしても良いし、別の形式でも構わない。また、形状ファイルの作り方は、実物の写真に基づいて作成しても良いし、パソコンで作成した図に基づいて作成しても良い。紙に書いた図をスキャナで読み込み、読み込んだ図に基づいて作成しても良い。 Further, the shape file format is the same as that of the first embodiment, and the file format may be a bitmap file or another format. The shape file can be created based on a real photograph or based on a diagram created on a personal computer. A figure written on a paper may be read by a scanner and created based on the read figure.
以上説明したように、シミュレーションの格子間隔と同じ大きさの画素に材料の識別情報を与えた形状ファイルを用い、材料の情報を保存した材料ファイルを用い、信号源の情報を保存した信号ファイルを用いてシミュレーションを行うことにより、シミュレーションが簡単になり、信号源が複数個存在する場合のシミュレーションが簡単になり、結果として計算に要する時間を短縮できるという効果がある。 As explained above, using a shape file that gives material identification information to pixels of the same size as the lattice spacing of the simulation, using a material file that saves material information, and a signal file that saves signal source information By using the simulation, it is possible to simplify the simulation, simplify the simulation when there are a plurality of signal sources, and as a result, reduce the time required for the calculation.
1 演算装置、2 メモリ、3 形状ファイル入力装置、4 材料ファイル入力装置、5 試験体、6 横穴、6A 不純物、7 くさび、8 振動子、9 信号ファイル入力装置、10 水、11 振動子。 1 arithmetic device, 2 memory, 3 shape file input device, 4 material file input device, 5 specimen, 6 horizontal hole, 6A impurity, 7 wedge, 8 transducer, 9 signal file input device, 10 water, 11 transducer.
Claims (7)
前記識別情報に対応して前記複数の材料の情報を保存する材料ファイルと、
前記形状ファイル及び前記材料ファイルに基づいて、大きさがシミュレーションにおける空間分割の最小単位と同じ画素毎に、前記複数の材料で構成される所定の空間領域について所定の時間範囲にわたってシミュレーションを行う演算手段と
を備えたことを特徴とするシミュレーション装置。 Representing a predetermined spatial region composed of a plurality of materials by an image composed of a plurality of pixels, a shape file for storing an image in which identification information representing the shape and type of each material is given to each pixel,
A material file storing information of the plurality of materials corresponding to the identification information;
Based on the shape file and the material file, a computing means for performing simulation over a predetermined time range for a predetermined spatial region composed of the plurality of materials for each pixel having the same size as the smallest unit of space division in the simulation A simulation apparatus comprising: and.
前記識別情報に対応して前記複数の材料の情報を保存する材料ファイルと、
前記識別情報に対応して前記複数の信号源の情報を保存する信号ファイルと、
前記形状ファイル、前記材料ファイル及び前記信号ファイルに基づいて、大きさがシミュレーションにおける空間分割の最小単位と同じ画素毎に、前記複数の材料並びに複数の信号源で構成される所定の空間領域について所定の時間範囲にわたってシミュレーションを行う演算手段と
を備えたことを特徴とするシミュレーション装置。 A predetermined spatial region composed of a plurality of materials and a plurality of signal sources is represented by an image composed of a plurality of pixels, and identification information representing the shape and type of each material and the type of each signal source is given to each pixel. A shape file to save the saved image,
A material file storing information of the plurality of materials corresponding to the identification information;
A signal file for storing information of the plurality of signal sources corresponding to the identification information;
Based on the shape file, the material file, and the signal file, a predetermined spatial region composed of the plurality of materials and a plurality of signal sources is determined for each pixel having the same size as the smallest unit of space division in the simulation. A simulation device comprising: an arithmetic means for performing simulation over a time range of
ことを特徴とする請求項1又は2記載のシミュレーション装置。 The simulation apparatus according to claim 1, wherein the calculation unit performs a simulation on wave propagation.
ことを特徴とする請求項3記載のシミュレーション装置。 The simulation apparatus according to claim 3, wherein the calculation unit performs a simulation by an FDTD method.
ことを特徴とする請求項3記載のシミュレーション装置。 The simulation apparatus according to claim 3, wherein the calculation unit performs a simulation by a difference method.
前記識別情報に対応して前記複数の材料の情報を保存する材料ファイルから、前記複数の材料の情報を読み出すステップと、
読み出した前記複数の材料の情報に基づいて、前記複数の材料で構成される所定の空間領域について所定の時間範囲にわたってシミュレーションを行うステップと
を含むことを特徴とするシミュレーション方法。 Each material given to each pixel for each pixel whose size is the same as the smallest unit of space division in the simulation from a shape file that expresses a predetermined spatial region composed of multiple materials with an image composed of multiple pixels Reading identification information representing the shape and type of
Reading information on the plurality of materials from a material file that stores information on the plurality of materials corresponding to the identification information;
Performing a simulation over a predetermined time range for a predetermined space region composed of the plurality of materials based on the read information of the plurality of materials.
前記識別情報に対応して前記複数の材料の情報を保存する材料ファイルから、前記複数の材料の情報を読み出すステップと、
前記識別情報に対応して前記複数の信号源の情報を保存する信号ファイルから、前記複数の信号源の情報を読み出すステップと、
読み出した前記複数の材料の情報及び前記複数の信号源の情報に基づいて、前記複数の材料並びに複数の信号源で構成される所定の空間領域について所定の時間範囲にわたってシミュレーションを行うステップと
を含むことを特徴とするシミュレーション方法。 From a shape file representing a predetermined spatial region composed of a plurality of materials and a plurality of signal sources with an image composed of a plurality of pixels, each pixel has the same size as the smallest unit of spatial division in the simulation. Reading identification information representing the shape and type of each material given to each and the type of each signal source;
Reading information on the plurality of materials from a material file that stores information on the plurality of materials corresponding to the identification information;
Reading the information of the plurality of signal sources from a signal file that stores the information of the plurality of signal sources corresponding to the identification information;
Performing a simulation over a predetermined time range for a predetermined spatial region composed of the plurality of materials and the plurality of signal sources based on the read information on the plurality of materials and the information on the plurality of signal sources. A simulation method characterized by that.
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