JP2008040673A - Atomic arrangement simulation method, atomic arrangement simulation apparatus, atomic arrangement simulation program and recording medium recoeded with same program - Google Patents

Atomic arrangement simulation method, atomic arrangement simulation apparatus, atomic arrangement simulation program and recording medium recoeded with same program Download PDF

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良孝 大西
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To appropriately arrange atoms in a preset shape. <P>SOLUTION: The atomic arrangement simulation method for performing simulation for arraying atoms in a preset shape comprises: a temporary arrangement step of temporarily arranging the atoms in the shape; an annealing step of annealing the atoms arranged by the temporary arrangement step on the basis of potentials between the atoms; and a coarseness and minuteness adjustment step of adjusting the coarseness and minuteness relation of the atoms annealed by the annealing step. <P>COPYRIGHT: (C)2008,JPO&INPIT

Description

本発明は、原子配置シミュレーション方法、原子配置シミュレーション装置、原子配置シミュレーションプログラム、及び該プログラムを記録した記録媒体に係り、特に予め設定された形状に適切に原子を配置するための原子配置シミュレーション方法、原子配置シミュレーション装置、原子配置シミュレーションプログラム、及び該プログラムを記録した記録媒体に関する。   The present invention relates to an atom arrangement simulation method, an atom arrangement simulation apparatus, an atom arrangement simulation program, and a recording medium on which the program is recorded, and in particular, an atom arrangement simulation method for appropriately arranging atoms in a preset shape, The present invention relates to an atomic arrangement simulation device, an atomic arrangement simulation program, and a recording medium on which the program is recorded.

従来、古典力学や量子力学等を基に計算機を用いて物質科学全般の現象を探るための方法論として、分子シミュレーションが知られている。分子シミュレーションは、分子のポテンシャルエネルギーや最安定構造等、物質の特性を分子レベルで解明することができるものである。   Conventionally, molecular simulation is known as a methodology for exploring phenomena in general material science using computers based on classical mechanics, quantum mechanics, and the like. Molecular simulation can elucidate the properties of a substance at the molecular level, such as the potential energy and the most stable structure of the molecule.

ここで、分子シミュレーションは、主に材料の物性予測等に用いられており、例えば複雑な形状に原子を配置する手法としては用いられていない。したがって、従来では物体の複雑な形状を有限の領域に分割してモデル化し、計算する有限要素法等が用いられている。なお、この手法では、2次元の計算の場合に三角形あるいは四角形の領域で物体を満遍なく区切るために、メッシュの生成プログラム等が用いられている(例えば、特許文献1参照。)。
特開2001−67495号公報
Here, the molecular simulation is mainly used for prediction of physical properties of a material, and is not used as a technique for arranging atoms in a complicated shape, for example. Therefore, conventionally, a finite element method or the like is used in which a complicated shape of an object is divided into finite regions, modeled, and calculated. In this method, a mesh generation program or the like is used to uniformly divide an object by a triangular or quadrangular region in the case of two-dimensional calculation (see, for example, Patent Document 1).
JP 2001-67495 A

しかしながら、上述した特許文献1に示されるメッシュ生成手法を、例えば分子動力学における原子配列に応用すると、三角形要素のみを使用する場合、物体領域を三角形で満たすことを目的としているため,三角形の大きさは一定にはならず、異なる場合が多い。また、原子を配置する形状によっては三角形が非常に歪んだ状態となる場合もある。したがって、単純にメッシュの格子点に原子を配置しただけでは、方向によって原子間の距離が異なる(原子が異方性を持つ)等、非物理的な状態となってしまう。   However, when the mesh generation method shown in Patent Document 1 described above is applied to, for example, atomic arrangement in molecular dynamics, when only triangular elements are used, the object region is filled with triangles. The length is not constant and often differs. Also, depending on the shape of the arrangement of atoms, the triangle may be very distorted. Therefore, simply arranging atoms at mesh lattice points results in a non-physical state such that the distance between atoms varies depending on the direction (the atoms have anisotropy).

本発明は、上述した問題点に鑑みなされたものであり、予め設定された形状に適切に原子を配置するための原子配置シミュレーション方法、原子配置シミュレーション装置、原子配置シミュレーションプログラム、及び該プログラムを記録した記録媒体を提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of the above-described problems, and an atomic arrangement simulation method, an atomic arrangement simulation apparatus, an atomic arrangement simulation program, and the program for appropriately arranging atoms in a preset shape are recorded. An object of the present invention is to provide a recording medium.

上述の目的を達成するために、本発明は、予め設定された形状に原子を配列するためのシミュレーションを行う原子配置シミュレーション方法において、前記形状に原子を仮配置する仮配置ステップと、前記仮配置ステップにより配置された原子を原子間ポテンシャルに基づいてアニーリングするアニーリングステップと、前記アニーリングステップによりアニーリングされた原子の粗密関係を調整する粗密調整ステップとを有することを特徴とする。これにより、予め設定された形状に適切に原子を配置することができる。   In order to achieve the above-described object, the present invention provides an atomic arrangement simulation method for performing a simulation for arranging atoms in a preset shape, and a temporary arrangement step of temporarily arranging atoms in the shape; An annealing step for annealing the atoms arranged by the step based on an interatomic potential, and a density adjustment step for adjusting a density relationship of the atoms annealed by the annealing step. Thereby, atoms can be appropriately arranged in a preset shape.

更に、前記仮配置ステップは、前記形状に多数のメッシュを生成し、生成されたメッシュの各格子点に原子を配置するか、あるいは、前記形状の枠に原子を配置した後に前記形状内部に原子を発生させて充填することで原子を配置することが好ましい。これにより、メッシュを生成して原子を配置する手法や、まず形状の枠に原子を配置した後に形状内部に原子を発生させて配置する手法を用いて原子を仮配置することができ、また必要に応じて手法を替えて仮配置することができる。   Further, the provisional arrangement step generates a large number of meshes in the shape and arranges atoms at each lattice point of the generated mesh, or arranges atoms in the frame of the shape and then arranges atoms in the shape. It is preferable to arrange atoms by generating and filling. This makes it possible to place atoms temporarily by using a method of generating meshes and placing atoms, or by first placing atoms in a shape frame and then generating and placing atoms inside the shape. Depending on the method, the method can be changed and temporarily arranged.

更に、前記アニーリングステップは、分子動力学法により前記形状を形成する材料の融点近傍に温度を調整してアニーリングを行うことが好ましい。これにより、原子のエネルギーを最小の状態になるように調整しながら、予め設定された形状に適切に原子を配置することができる。   Furthermore, the annealing step is preferably performed by adjusting the temperature in the vicinity of the melting point of the material forming the shape by molecular dynamics. Thereby, atoms can be appropriately arranged in a preset shape while adjusting the energy of the atoms to be in a minimum state.

また本発明は、予め設定された形状に原子を配列するためのシミュレーションを行う原子配置シミュレーション装置において、前記形状に原子を仮配置する仮配置手段と、前記仮配置手段により配置された原子を原子間ポテンシャルに基づいてアニーリングするアニーリング手段と、前記アニーリング手段によりアニーリングされた原子の粗密関係を調整する粗密調整手段とを有することを特徴とする。これにより、予め設定された形状に適切に原子を配置することができる。   Further, the present invention provides an atomic arrangement simulation apparatus for performing a simulation for arranging atoms in a preset shape, temporary arrangement means for temporarily arranging atoms in the shape, and atoms arranged by the temporary arrangement means as atoms. An annealing means for annealing based on the inter-potential and a density adjusting means for adjusting the density relation of atoms annealed by the annealing means. Thereby, atoms can be appropriately arranged in a preset shape.

更に、前記仮配置手段は、前記形状に多数のメッシュを生成し、生成されたメッシュの各格子点に原子を配置するか、あるいは、前記形状の枠に原子を配置した後に前記形状内部に原子を発生させて充填することで原子を配置することが好ましい。これにより、メッシュを生成して原子を配置する手法や、まず形状の枠に原子を配置した後に形状内部に原子を発生させて配置する手法を用いて原子を仮配置することができ、また必要に応じて手法を替えて仮配置することができる。   Further, the temporary arrangement means generates a large number of meshes in the shape and arranges atoms at each lattice point of the generated mesh, or arranges atoms in the frame of the shape and then arranges atoms in the shape. It is preferable to arrange atoms by generating and filling. This makes it possible to place atoms temporarily by using a method of generating meshes and placing atoms, or by first placing atoms in a shape frame and then generating and placing atoms inside the shape. Depending on the method, the method can be changed and temporarily arranged.

更に、前記アニーリング手段は、分子動力学法により前記形状を形成する材料の融点近傍に温度を調整してアニーリングを行うことが好ましい。これにより、原子のエネルギーを最小の状態になるように調整しながら、予め設定された形状に適切に原子を配置することができる。   Furthermore, it is preferable that the annealing means performs annealing by adjusting the temperature in the vicinity of the melting point of the material forming the shape by molecular dynamics. Thereby, atoms can be appropriately arranged in a preset shape while adjusting the energy of the atoms to be in a minimum state.

また本発明は、予め設定された形状に原子を配列するためのシミュレーションを行う原子配置シミュレーション処理をコンピュータに実行さえるための原子配置シミュレーションプログラムにおいて、前記形状に原子を仮配置する仮配置処理と、前記仮配置処理により配置された原子を原子間ポテンシャルに基づいてアニーリングするアニーリング処理と、前記アニーリング処理によりアニーリングされた原子の粗密関係を調整する粗密調整処理とをコンピュータに実行させる。これにより、予め設定された形状に適切に原子を配置することができる。また、実行プログラムをコンピュータにインストールすることにより、容易に原子配置シミュレーション処理を実現することができる。   Further, the present invention provides an atomic arrangement simulation program for performing, on a computer, an atomic arrangement simulation process for performing a simulation for arranging atoms in a preset shape, a temporary arrangement process for temporarily arranging atoms in the shape, An annealing process for annealing atoms arranged by the temporary arrangement process based on an interatomic potential and a density adjustment process for adjusting a density relationship between atoms annealed by the annealing process are executed by a computer. Thereby, atoms can be appropriately arranged in a preset shape. Further, by installing the execution program in the computer, the atomic arrangement simulation process can be easily realized.

更に、前記仮配置処理は、前記形状に多数のメッシュを生成し、生成されたメッシュの各格子点に原子を配置するか、あるいは、前記形状の枠に原子を配置した後に前記形状内部に原子を発生させて充填することで原子を配置することが好ましい。これにより、メッシュを生成して原子を配置する手法や、まず形状の枠に原子を配置した後に形状内部に原子を発生させて配置する手法を用いて原子を仮配置することができ、また必要に応じて手法を替えて仮配置することができる。   Further, the provisional arrangement process generates a large number of meshes in the shape and arranges atoms at each lattice point of the generated mesh, or arranges atoms in the shape frame and then arranges atoms in the shape. It is preferable to arrange atoms by generating and filling. This makes it possible to place atoms temporarily by using a method of generating meshes and placing atoms, or by first placing atoms in a shape frame and then generating and placing atoms inside the shape. Depending on the method, the method can be changed and temporarily arranged.

更に、前記アニーリング処理は、分子動力学法により前記形状を形成する材料の融点近傍に温度を調整してアニーリングを行うことが好ましい。これにより、原子のエネルギーを最小の状態になるように調整しながら、予め設定された形状に適切に原子を配置することができる。   Furthermore, the annealing treatment is preferably performed by adjusting the temperature in the vicinity of the melting point of the material forming the shape by a molecular dynamics method. Thereby, atoms can be appropriately arranged in a preset shape while adjusting the energy of the atoms to be in a minimum state.

また、本発明は前記請求項7乃至請求項9に記載された原子配置シミュレーションプログラムが記録されたコンピュータ読み取り可能な記録媒体を提供する。これにより、記録媒体により他の複数のコンピュータに容易に原子配置シミュレーションプログラムをインストールすることができる。   The present invention also provides a computer-readable recording medium in which the atomic configuration simulation program according to any one of claims 7 to 9 is recorded. Thus, the atomic arrangement simulation program can be easily installed on the plurality of other computers by the recording medium.

本発明によれば、予め設定された形状に適切に原子を配置することができる。   According to the present invention, atoms can be appropriately arranged in a preset shape.

<本発明の概要>
本発明では、例えば予め設定された形状に原子を配置する場合、初めから完全に最適な位置を選んで配置するのではなく、適当に原子を配置した後、原子間ポテンシャルに基づいて原子を最適な安定点に移動させる手法を提供する。なお、このときの計算方法については、例えば分子動力学法を用いることができるが、本発明においてはこれに限定されることはなく、例えばモンテカルロ法等、ポテンシャルの安定点を探す方法であればよい。
<Outline of the present invention>
In the present invention, for example, when atoms are arranged in a preset shape, the atoms are not optimally selected based on the interatomic potential after the atoms are appropriately arranged, instead of selecting and arranging the optimal position from the beginning. To move to a stable point. As a calculation method at this time, for example, a molecular dynamics method can be used. However, the present invention is not limited to this. For example, a method for searching for a stable point of the potential, such as a Monte Carlo method, may be used. Good.

なお、分子動力学法(Molecular Dynamics method、MD法)とは、2体(あるいはそれ以上)の原子間ポテンシャルの下に、古典力学におけるニュートン方程式を解いて、系の静的、動的安定構造や、動的過程(ダイナミクス)を解析する手法である。分子動力学により、定温、定圧、定エネルギー、定積、定ケミカルポテンシャル等の様々なアンサンブル(統計集団)の計算が可能である。また、結合長や位置の固定等の様々な拘束条件を付加することも可能である。   The molecular dynamics method (MD method) is a static and dynamic stable structure of a system by solving Newton's equations in classical mechanics under two (or more) interatomic potentials. It is also a method for analyzing dynamic processes. Molecular dynamics enables the calculation of various ensembles (statistical groups) such as constant temperature, constant pressure, constant energy, constant product, and constant chemical potential. It is also possible to add various constraint conditions such as coupling length and position fixing.

以下に、本発明における原子配置シミュレーション方法、原子配置シミュレーション装置、原子配置シミュレーションプログラム、及び該プログラムを記録した記録媒体を好適に実施した形態について、図面を用いて説明する。   Hereinafter, embodiments in which an atom arrangement simulation method, an atom arrangement simulation apparatus, an atom arrangement simulation program, and a recording medium storing the program according to the present invention are suitably implemented will be described with reference to the drawings.

<本実施例における装置構成>
まず、本実施例における原子配置シミュレーション装置について図を用いて説明する。図1は、本実施例における原子配置シミュレーション装置のハードウェア構成の一例を示す図である。
<Apparatus configuration in the present embodiment>
First, an atomic arrangement simulation apparatus according to this embodiment will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a diagram illustrating an example of a hardware configuration of an atomic arrangement simulation apparatus according to the present embodiment.

図1における原子配置シミュレーション装置10は、入力装置11と、出力装置12と、ドライブ装置13と、補助記憶装置14と、メモリ装置15と、各種制御を行うCPU(Central Processing Unit)16と、ネットワーク接続装置17とを有するよう構成されており、これらはシステムバスBで相互に接続されている。   1 includes an input device 11, an output device 12, a drive device 13, an auxiliary storage device 14, a memory device 15, a CPU (Central Processing Unit) 16 that performs various controls, and a network. And a connection device 17, which are connected to each other via a system bus B.

入力装置11は、ユーザが操作するキーボードやマウス等のポインティングデバイスを有しており、ユーザからのプログラムの実行等、各種操作信号を入力する。また、出力装置12は、本発明における処理を行うためのコンピュータ本体を操作するのに必要な各種ウィンドウやデータ等を表示するディスプレイを有し、CPU16が有する制御プログラムによりプログラムの実行経過や結果等を表示することができる。   The input device 11 has a pointing device such as a keyboard and a mouse operated by a user, and inputs various operation signals such as execution of a program from the user. The output device 12 has a display for displaying various windows and data necessary for operating the computer main body for performing the processing in the present invention. Can be displayed.

ここで、本発明において、コンピュータ本体にインストールされる実行プログラムは、例えばCD−ROM等の記録媒体18等により提供される。プログラムを記録した記録媒体18は、ドライブ装置13にセット可能であり、記録媒体18に含まれる実行プログラムが、記録媒体18からドライブ装置13を介して補助記憶装置14にインストールされる。   Here, in the present invention, the execution program installed in the computer main body is provided by the recording medium 18 such as a CD-ROM. The recording medium 18 on which the program is recorded can be set in the drive device 13, and the execution program included in the recording medium 18 is installed from the recording medium 18 to the auxiliary storage device 14 via the drive device 13.

補助記憶装置14は、ハードディスク等のストレージ手段であり、本発明における実行プログラムや、コンピュータに設けられた制御プログラム、本発明における原子配置シミュレーションに必要な入力データや処理結果等を蓄積し、更に必要に応じて入出力を行うことができる。   The auxiliary storage device 14 is a storage means such as a hard disk, and accumulates an execution program according to the present invention, a control program provided in a computer, input data and processing results necessary for an atomic arrangement simulation according to the present invention, and further necessary. I / O can be performed according to

メモリ装置15は、CPU16により補助記憶装置14から読み出された実行プログラム等を格納する。なお、メモリ装置15は、ROM(Read Only Memory)やRAM(Random Access Memory)等からなる。   The memory device 15 stores an execution program read from the auxiliary storage device 14 by the CPU 16. The memory device 15 includes a ROM (Read Only Memory), a RAM (Random Access Memory), and the like.

CPU16は、OS(Operating System)等の制御プログラム、メモリ装置15により読み出され格納されている実行プログラム等に基づいて、各種演算や各ハードウェア構成部とのデータの入出力等、コンピュータ全体の処理を制御して各処理を実現することができる。また、CPU16は、プログラムの実行中に必要な各種情報を補助記憶装置14から取得することができ、また処理結果等を補助記憶装置14に格納することができる。   Based on a control program such as an OS (Operating System) and an execution program read and stored by the memory device 15, the CPU 16 performs various operations and inputs / outputs data to / from each hardware component. Each process can be realized by controlling the process. Further, the CPU 16 can acquire various types of information necessary during execution of the program from the auxiliary storage device 14, and can store processing results and the like in the auxiliary storage device 14.

ネットワーク接続装置17は、通信ネットワーク等と接続することにより、実行プログラムを通信ネットワークに接続されている他の端末等から取得したり、プログラムを実行することで得られた実行結果又は本発明における実行プログラム自体を他の端末等に提供することができる。   The network connection device 17 acquires an execution program from another terminal connected to the communication network by connecting to a communication network or the like, or an execution result obtained by executing the program or an execution in the present invention The program itself can be provided to other terminals.

<原子配置シミュレーション装置:機能構成例>
次に、原子配置シミュレーション装置10の機能構成例について図を用いて説明する。図2は、原子配置シミュレーション装置の機能構成の一例を示す図である。原子配置シミュレーション装置10は、入力手段21と、出力手段22と、蓄積手段23と、仮配置手段24と、アニーリング手段25と、粗密調整手段26と、画面生成手段27と、送受信手段28と、制御手段29とを有するよう構成されている。
<Atom configuration simulation device: functional configuration example>
Next, a functional configuration example of the atomic arrangement simulation device 10 will be described with reference to the drawings. FIG. 2 is a diagram illustrating an example of a functional configuration of the atomic arrangement simulation apparatus. The atomic arrangement simulation apparatus 10 includes an input means 21, an output means 22, a storage means 23, a temporary arrangement means 24, an annealing means 25, a density adjustment means 26, a screen generation means 27, a transmission / reception means 28, And a control means 29.

入力手段21は、ユーザ等から原子配置シミュレーションの実施に伴う各指示情報等の入力を受け付ける。なお、入力手段21は、例えばキーボードや、マウス等のポインティングデバイス、マイク等の音声入力インタフェイス等からなる。   The input unit 21 receives input of each instruction information and the like accompanying the execution of the atomic arrangement simulation from the user or the like. Note that the input unit 21 includes, for example, a keyboard, a pointing device such as a mouse, a voice input interface such as a microphone, and the like.

また、出力手段22は、入力手段21により入力された指示内容や、指示内容に基づいて生成された原子配置シミュレーションの編集内容、編集結果等の内容を表示したり、音声出力する。なお、出力手段22は、ディスプレイやスピーカ等からなる。   Further, the output means 22 displays the contents of the instructions input by the input means 21, the contents of edits of the atomic configuration simulation generated based on the contents of the instructions, the contents of the edit results, etc., and outputs them by voice. Note that the output means 22 includes a display, a speaker, and the like.

また、蓄積手段23は、原子配置シミュレーションした原子の配置結果や、仮配置結果等の結果、入力データ等を蓄積する。なお、蓄積手段23は入力データ等を送受信手段28を介して通信ネットワーク等により接続された外部サーバ(図示せず)等から取得して蓄積することもできる。   Further, the storage means 23 stores the result of the atomic arrangement simulation, the result of the temporary arrangement, the input data and the like. The storage means 23 can also acquire and store input data and the like from an external server (not shown) connected via a communication network or the like via the transmission / reception means 28.

仮配置手段24は、予め設定された形状に対する最も安定する位置に原子を配置する際、その前段階として適用な位置に原子の仮配置を行う。なお、適当な位置に原子を配置する場合には、例えば予め設定された形状に多数のメッシュを生成し、生成されたメッシュの各格子点に原子を配置するか、あるいは、予め設定された形状の枠に原子を配置した後に形状内部に原子を発生させて充填することで原子を配置する手法等がある。   The temporary arrangement means 24 temporarily arranges atoms at a position applicable as a previous stage when arranging atoms at the most stable position with respect to a preset shape. In addition, when arranging atoms at appropriate positions, for example, a large number of meshes are generated in a preset shape, and atoms are arranged at each lattice point of the generated mesh, or a preset shape is used. There is a technique of arranging atoms by generating and filling atoms inside the shape after arranging atoms in the frame.

アニーリング手段25は、仮配置手段24により仮配置された原子を、原子間ポテンシャルに基づいてアニーリングする。なお、上述のアニーリングでは、例えば分子動力学を用いることができる。   The annealing means 25 anneals the atoms temporarily arranged by the temporary arrangement means 24 based on the interatomic potential. In the above-described annealing, for example, molecular dynamics can be used.

粗密調整手段26は、アニーリング手段25により配置された原子が、予め設定された形状内において、原子間同士が均一な配置になっているか否かを判断し、原子の粗密の調整を行う。   The density adjusting means 26 determines whether or not the atoms arranged by the annealing means 25 are arranged uniformly between atoms within a preset shape, and adjusts the density of the atoms.

画面生成手段27は、仮配置手段24により予め設定された形状に仮配置された原子の様子や、アニーリング手段25における初期設定や実行結果の表示、粗密調整手段26における調整された原子の配置結果の表示等を行う。   The screen generation unit 27 displays the state of the atoms temporarily arranged in a shape preset by the temporary arrangement unit 24, the initial setting and execution result display in the annealing unit 25, and the arrangement result of the adjusted atoms in the density adjustment unit 26. Is displayed.

送受信手段28は、例えばインターネット等の通信ネットワーク等を介して接続される外部装置等から必要なデータを取得したり、本発明における原子配置シミュレーション結果等を送信するための通信インタフェイスである。   The transmission / reception means 28 is a communication interface for acquiring necessary data from an external device or the like connected via a communication network such as the Internet, and for transmitting an atomic arrangement simulation result in the present invention.

制御手段29は、原子配置シミュレーション装置10における各機能構成全体の制御を行う。具体的には、制御手段29は、入力手段21により入力されたユーザからの入力情報に基づいて仮配置手段24により原子の仮配置をさせたり、アニーリング手段25によりアニーリングさせたり、粗密調整手段26により原子の粗密調整をさせる等といった処理を制御する。   The control unit 29 controls the entire functional configuration in the atomic arrangement simulation apparatus 10. Specifically, the control means 29 causes the temporary placement means 24 to temporarily place atoms based on the input information from the user input by the input means 21, anneals by the annealing means 25, or the density adjustment means 26. To control the process of adjusting the density of atoms.

これにより、分子動力学を用いて複雑な形状に対しても適切に原子を配置することができる。   Thereby, atoms can be appropriately arranged even for complex shapes using molecular dynamics.

<原子配置シミュレーション処理例>
次に、本発明における実行プログラムによる原子配置シミュレーション処理手順について説明する。図3は、本実施例における原子配置シミュレーション処理手順の一例を示すフローチャートである。
<Atom configuration simulation processing example>
Next, an atomic arrangement simulation processing procedure by the execution program in the present invention will be described. FIG. 3 is a flowchart showing an example of an atomic arrangement simulation processing procedure in the present embodiment.

図3に示すように、本実施形態における原子配置シミュレーションでは、例えば複雑形状に原子を配置する場合、上述したように初めから完全に最適な点を選んで配置するのではなく、まず適当な位置に原子を仮配置する(S01)。なお、適当な位置に原子を配置する場合には、上述したようにメッシュ生成手法を用いて原子を配置するか、あるいは、形状の枠に原子を配置した後に形状内部に原子を発生させて充填することで原子を配置する手法等がある。なお、詳細な説明は後述する。   As shown in FIG. 3, in the atom arrangement simulation according to the present embodiment, for example, when atoms are arranged in a complicated shape, an optimal position is not selected instead of selecting an optimal point from the beginning as described above. An atom is temporarily arranged in (S01). In addition, when placing atoms at an appropriate position, place the atoms using the mesh generation method as described above, or generate atoms inside the shape after filling them into the shape frame. There is a method of arranging atoms by doing so. Detailed description will be given later.

また、S01の処理により原子を仮配置した後、原子を配置する形状を形成する材料等、系の温度を融点近傍に保った状態でアニーリングを行う(S02)。なお、S02の処理では、例えば分子動力学法を用いて系全体の温度をスケーリング法により強制的に融点近傍にしてアニーリングが行われる。なお、S02の処理における分子動力学法を用いたアニーリング手法については後述する。   In addition, after the atoms are temporarily arranged by the process of S01, annealing is performed in a state where the temperature of the system is kept in the vicinity of the melting point, such as a material for forming a shape for arranging the atoms (S02). In the process of S02, for example, annealing is performed by forcing the temperature of the entire system to be near the melting point by the scaling method using, for example, the molecular dynamics method. In addition, the annealing method using the molecular dynamics method in the process of S02 will be described later.

S02の処理によるアニーリングが終了後、系に局所的に粗密が存在するか否かを判断する(S03)。ここで、粗密が存在する場合(S03において、NO)、粗な部分に原子を発生させ、密な部分の原子を消去することで、系の粗密の調整を行う(S04)。つまり、原子の粗密関係に応じて所定数の原子を発生又は消去することにより、系の粗密を緩和させ安定した状態にさせることができる。なお、安定した状態とは、理想的には系全体のポテンシャルエネルギーが最も小さい状態を示す。   After the annealing by the process of S02 is completed, it is determined whether or not there is local density in the system (S03). Here, when the density exists (NO in S03), atoms are generated in the coarse part, and the atoms in the dense part are erased, thereby adjusting the density of the system (S04). That is, by generating or erasing a predetermined number of atoms according to the density relationship between atoms, the density of the system can be relaxed and stabilized. The stable state means a state where the potential energy of the entire system is ideally the smallest.

その後、S04の処理で得られた原子の配置内容を反映させてS02の処理を行う。また、系に粗密が存在しない場合(S03において、NO)、処理を終了する。これにより、例えば複雑な形状に対しても分子動力学等を用いて適切に原子を配置することができる。また、例えば原子を配置する形状が複雑な場合に計算幾何学的には「歪んだ」メッシュを作成してしまうような領域であっても、従来のように手作業で直すことなくアニーリング計算で緩和することにより質の高いメッシュとすることができる。また、リメッシュが必要となる非定常計算においても、原子の相互作用によって迅速にメッシュ形状を変えることができる。なお、上述した原子配置シミュレーション処理における実行経過や結果は、対応する画面が画面生成手段27により生成されて出力手段22により出力される。   Thereafter, the process of S02 is performed by reflecting the arrangement contents of the atoms obtained in the process of S04. If there is no density in the system (NO in S03), the process is terminated. Thereby, for example, even for a complicated shape, atoms can be appropriately arranged using molecular dynamics or the like. Also, for example, even if the area in which atoms are arranged is complicated, it is possible to perform annealing calculation without manually correcting it, even if it is an area that would create a “distorted” mesh geometrically. By relaxing, a high quality mesh can be obtained. Further, even in non-stationary calculations that require remeshing, the mesh shape can be quickly changed by the interaction of atoms. Note that the progress and results of the above-described atomic arrangement simulation processing are generated by the screen generation means 27 and output by the output means 22 for the corresponding screen.

<S01:原子の仮配置処理>
次に、上述したS01の処理における原子の仮配置処理について具体的に説明する。図4は、原子の仮配置処理手順の一例を示すフローチャートである。
<S01: Temporary Arrangement Process of Atom>
Next, the temporary arrangement process of atoms in the above-described process of S01 will be specifically described. FIG. 4 is a flowchart illustrating an example of a procedure for temporarily arranging atoms.

適当な位置に原子を配置する場合には、上述したように、メッシュ生成手法を用いて原子を配置するか、あるいは、形状の枠に原子を配置した後に形状内部に原子を発生させて充填することで原子を配置する手法等がある。そこで、図4に示す処理手順では、上述した2つの処理を組み合わせた例について説明する。   When placing atoms at appropriate positions, as described above, place the atoms using the mesh generation method, or place atoms in the shape frame and then generate and fill the inside of the shape. There is a method to arrange atoms. Therefore, in the processing procedure shown in FIG. 4, an example in which the two processes described above are combined will be described.

図4に示すように、本実施例における原子の仮配置処理手順として、予め設定された形状に原子を配置する場合、まずメッシュ生成を行うか否かを判断する(S11)。   As shown in FIG. 4, when atoms are arranged in a preset shape as a procedure for temporary arrangement of atoms in this embodiment, it is first determined whether or not to generate a mesh (S11).

メッシュ生成を行う場合(S11において、YES)、上述した従来のメッシュ生成手法を用いて、予め設定された形状内(系)にメッシュを生成する(S12)。また、S12の処理が終了後、生成されたメッシュの格子点に原子を配置し(S13)、配置した各原子の座標(例えば、2次元の場合はXY座標)を生成する(S14)。   When mesh generation is performed (YES in S11), a mesh is generated within a preset shape (system) using the conventional mesh generation method described above (S12). Further, after the processing of S12 is completed, atoms are arranged at the lattice points of the generated mesh (S13), and the coordinates of the arranged atoms (for example, XY coordinates in the case of two dimensions) are generated (S14).

なお、S11の処理において、メッシュの生成を行わない場合(S11において、NO)、上述したように予め設定された形状の枠に沿って原子を配置し(S15)、更に形状内部で原子を発生させる(S16)。   In addition, in the process of S11, when mesh generation is not performed (NO in S11), atoms are arranged along a frame having a preset shape as described above (S15), and atoms are generated inside the shape. (S16).

なお、上述した仮配置処理については、S11の処理におけるメッシュ生成を行うか否かに基づいて処理を分けたが、本発明についてはこれに限定されず、例えば配置する原子の大きさ、原子を配置する形状等により設定されてもよく、また、S11に示した以外の判断基準を設けて判断してもよい。   In addition, about the temporary arrangement | positioning process mentioned above, although the process was divided | segmented based on whether the mesh production | generation in the process of S11 is performed, it is not limited to this, For example, the magnitude | size of the atom to arrange | position, an atom It may be set according to the shape or the like to be arranged, or may be determined by providing a determination criterion other than that shown in S11.

ここで、上述したS12の処理におけるメッシュ生成について説明する。メッシュ生成は、具体的には例えば上述した特許文献1に示されている手法や、2次元又は3次元領域に点を逐次追加して三角形又は四面体要素でデローネイ分割を行なうメッシュ発生方式等を用いることができる。なお、上記の方式は、新たに追加する点が、既に存在する三角形又は四面体要素の外接円もしくは外接球の中に含まれているかを調べ、その点を含む外接円又は外接球を有する要素を消去し、残った外周部の点へ向けて新点から新たに結合枝を発生させて新たな要素を形成するものである。   Here, the mesh generation in the process of S12 described above will be described. Specifically, for example, the mesh generation is based on the technique described in Patent Document 1 described above, a mesh generation method in which points are sequentially added to a two-dimensional or three-dimensional area, and Delaunay division is performed using a triangular or tetrahedral element. Can be used. Note that the above method checks whether a newly added point is included in the circumscribed circle or circumscribed sphere of an existing triangle or tetrahedral element, and an element having a circumscribed circle or circumscribed sphere including the point. And a new connection branch is generated from the new point toward the remaining outer peripheral point to form a new element.

また、上述した手法の他にも従来の典型的な三角要素分割法として、部分領域分割法や、段階的空間分割法、再帰的二分割法、ノード結合法等がある。   In addition to the methods described above, conventional typical triangular element division methods include a partial region division method, a stepwise space division method, a recursive bisection method, and a node combination method.

部分領域分割法では、与えられた領域を凸領域や穴のない領域等の単純で扱い易い部分領域に切り分けて、次にそれぞれの部分領域を三角要素分割する手法である。なお、部分領域の分割は、規則正しい格子を写像関数でマッピングしたり、簡単なルールによって内部ノードを加えたりして行う。   The partial region division method is a method of dividing a given region into simple and easy-to-handle partial regions such as a convex region and a region without a hole, and then dividing each partial region into triangular elements. The partial area is divided by mapping a regular lattice with a mapping function or adding an internal node according to a simple rule.

また、階層的空間分割法は、2次元領域を4分木で、3次元領域を8分木で階層的に再分割していく手法である。また、再帰的二分割法は、三角要素として使える形状が得られるまで、領域を再帰的に二分割していく手法である。更に、ノード結合法は、まず領域の境界と内部にノードを配置し、次にこれらを結んでメッシュを構成する方法である。   The hierarchical space division method is a method of hierarchically subdividing a two-dimensional region into a quadtree and a three-dimensional region into an octree. The recursive bisection method is a method of recursively dividing an area into two until a shape that can be used as a triangular element is obtained. Further, the node coupling method is a method in which nodes are first arranged at the boundary and inside of a region and then connected to form a mesh.

S12の処理においては、上述した三角形メッシュの生成手法を用いることもできるが、本発明においては、三角形メッシュに限定されず、例えば四角形メッシュでもよい。   In the processing of S12, the above-described triangular mesh generation method can be used. However, in the present invention, the method is not limited to the triangular mesh, and may be a quadrilateral mesh, for example.

ここで、図5は、S12、S13の処理におけるメッシュ生成後の原子配置の一例を示す図である。なお、図5では、生成されたメッシュ形状を明確にするため、配置された原子を所定の領域で抽出し拡大表示したものである。   Here, FIG. 5 is a diagram illustrating an example of the atomic arrangement after mesh generation in the processes of S12 and S13. In FIG. 5, in order to clarify the generated mesh shape, the arranged atoms are extracted in a predetermined region and enlarged and displayed.

上述したS12、S13の処理により、図5に示すように、所定の形状の領域に三角形のメッシュ30が配置されている。なお、メッシュの格子点には、原子31が配置されている。しかしながら、従来のメッシュ生成手法等を用いた仮配置では、図5に示すように、結合手の数等、場所によってメッシュの形状が異なってしまう。   As a result of the processing of S12 and S13 described above, a triangular mesh 30 is arranged in a region having a predetermined shape as shown in FIG. Note that atoms 31 are arranged at lattice points of the mesh. However, in the temporary arrangement using the conventional mesh generation method or the like, as shown in FIG. 5, the shape of the mesh varies depending on the location, such as the number of joints.

また、図6は、S15、S16の処理における原子配置の一例を示す図である。なお、図6においては、複雑形状の断面において、原子が発生する様子を段階的に示したものである。   Moreover, FIG. 6 is a figure which shows an example of the atomic arrangement | positioning in the process of S15 and S16. Note that FIG. 6 shows the state in which atoms are generated in a step having a complicated shape in a stepwise manner.

図6には、複雑形状の一例として、波形の外枠40の内部に中央開口部41と、周囲開口部42とが設けられている。また、図6の例では、周囲開口部42は、中央開口部41の周囲に8個存在している。なお、本実施例では、図6に示す形状を複雑形状としているが、本発明においてはこれに限定されず、また本発明は複雑でない形状であっても適用することができる。   In FIG. 6, as an example of a complicated shape, a central opening 41 and a peripheral opening 42 are provided inside a corrugated outer frame 40. In the example of FIG. 6, there are eight peripheral openings 42 around the central opening 41. In the present embodiment, the shape shown in FIG. 6 is a complex shape, but the present invention is not limited to this, and the present invention can be applied to an uncomplicated shape.

このとき、形状の枠に沿って原子を配置し複雑形状の内部で原子を発生させる場合、図6(a)に示すように上部から原子43を次々と発生させると、発生させた原子は図6(a)の矢印44に示すように、外枠40、中央開口部41、及び周囲開口部42の間を通過しながら下方向に流れ落ちる。   At this time, in the case where atoms are arranged along a shape frame and atoms are generated inside a complicated shape, if atoms 43 are generated one after another as shown in FIG. As indicated by an arrow 44 in FIG. 6 (a), it flows downward while passing between the outer frame 40, the central opening 41, and the peripheral opening 42.

また、原子は、図6(b)〜(d)に示すように次第に形状内に充填されていき、最終的には図6(d)に示すように仮配置される。しかしながら、この場合も現時点では、従来と同様に、原子の大きさ、形等、場所によって不均一な配置となってしまう。そこで、本実施形態では、上述した分子動力学を用いたアニーリング計算を行う。なお、上述した図5、図6は、画面生成手段27により生成されて出力手段22により出力される。   Further, the atoms are gradually filled in the shape as shown in FIGS. 6B to 6D, and are finally temporarily arranged as shown in FIG. 6D. However, in this case as well, at the present time, as in the conventional case, the size and shape of the atoms are unevenly arranged depending on the location. Therefore, in this embodiment, annealing calculation using the molecular dynamics described above is performed. 5 and 6 described above are generated by the screen generation unit 27 and output by the output unit 22.

<S02:分子動力学法を用いたアニーリング手法>
次に、分子動力学法を用いたアニーリング手法について具体的に説明する。図7は、本実施例における分子動力学法を用いたアニーリング処理手順を説明するためのフローチャートである。
<S02: Annealing technique using molecular dynamics method>
Next, an annealing method using the molecular dynamics method will be specifically described. FIG. 7 is a flowchart for explaining an annealing process procedure using the molecular dynamics method in this embodiment.

まず、分子動力学法において入力すべき初期条件の設定を行う(S21)。なお、初期条件としては、例えば原子の初期座標、原子間ポテンシャル、温度や圧力等があり、その中から少なくとも1つを任意に選択して設定する。本実施例では、初期設定として後述する計算(数式)やパラメータの設定、原子の初期配置と温度の設定等を行う。   First, initial conditions to be input in the molecular dynamics method are set (S21). The initial conditions include, for example, initial coordinates of atoms, interatomic potential, temperature, pressure, etc., and at least one of them is arbitrarily selected and set. In the present embodiment, calculation (formula) and parameter setting, initial atom arrangement and temperature setting, which will be described later, are performed as initial settings.

次に、原子間力を計算する(S22)。具体的には、S21で設定した各種条件に基づいて、理想的には極めて多数の粒子系の運動方程式を長時間に亘って解くことにより、その系において熱平衡状態で期待される分布に近い状態を実現することができる。   Next, the atomic force is calculated (S22). Specifically, based on the various conditions set in S21, ideally, a state close to the distribution expected in the thermal equilibrium state in the system is solved by solving the equations of motion of a very large number of particle systems over a long period of time. Can be realized.

また、このときに得られる各時刻の原子の位置座標を統計処理することにより、熱力学的な性質(内部エネルギー・比熱・熱伝導度等)を取得することができる。また、各時刻の原子の位置座標及び速度を統計処理すると、動的性質(拡散係数・粘性係数・弾性定数等)を取得することができる。これにより、高精度にアニーリングを行うことができる。   Further, by performing statistical processing on the position coordinates of the atoms obtained at this time, thermodynamic properties (internal energy, specific heat, thermal conductivity, etc.) can be acquired. In addition, by statistically processing the position coordinates and velocity of atoms at each time, dynamic properties (diffusion coefficient, viscosity coefficient, elastic constant, etc.) can be acquired. Thereby, annealing can be performed with high accuracy.

ここで、分子動力学法で実際に解くべき運動方程式は、以下に示す式(1)のニュートンの運動方程式である。   Here, the equation of motion to be actually solved by the molecular dynamics method is Newton's equation of equation (1) shown below.

Figure 2008040673
なお、上述した(1)式において、mは原子の質量であり、xは原子の位置座標であり、またFは原子iに働く原子間相互作用の合力である。
Figure 2008040673
In the above formula (1), m i is the mass of the atom, x i is the position coordinate of the atom, and F i is the resultant force of the interaction between atoms acting on the atom i.

また、上述した合力Fは以下に示す式(2)で表される。 Moreover, the resultant force F i described above is expressed by the following equation (2).

Figure 2008040673
なお、上述した(2)式において、φijは、原子iと原子jの間のポテンシャル関数である。
Figure 2008040673
In the above equation (2), φ ij is a potential function between atom i and atom j.

次に、分子動力学法では、上述の運動方程式を数値積分することにより、分子iの時刻tにおける位置x(t)を計算する。ここで、微小時間tについてxを2次の項までTaylor展開すると、以下に示す式(3)、(4)で表される。 Next, in the molecular dynamics method, the position x i (t) of the molecule i at time t is calculated by numerically integrating the above equation of motion. Here, when x i is expanded to a quadratic term for a minute time t, it is expressed by the following equations (3) and (4).

Figure 2008040673
ここで、上述した式(3)、(4)におけるvは分子iの速度である。
Figure 2008040673
Here, v i in the above formulas (3) and (4) is the velocity of the molecule i.

また、上述した式(3)、(4)の両式の和と差から、以下に示す式(5)、(6)が導かれる。   Also, the following formulas (5) and (6) are derived from the sum and difference of the above formulas (3) and (4).

Figure 2008040673
なお、上述した式(5)、(6)がいわゆるVerletのアルゴリズムの標準形である。
Figure 2008040673
The above-described equations (5) and (6) are standard forms of the so-called Verlet algorithm.

しかしながら、この方法では、上述した式(5)において二つの大きな項(Δtの0乗るのオーダー)の差に、小さな項(Δtの2乗のオーダー)を加えるため誤差が大きい。具体的に説明すると、分子動力学法では一般的に時間刻みΔtはフェムト(10−15)のオーダーであり、座標(位置)xはオングストローム(10−10)のオーダーである。そのため、上述した式(5)の右辺において、第1項と第2項の差は10−10のオーダー(Δtよりも小さいオーダー)となるが、第3項の(Δt)は10−15の2乗のオーダーとなるため、F(t)/mの値によっては(具体的には、力が非常に小さい場合)計算機上で桁落ちが起こることが予想される。したがって、上述の式(5)に示す数値積分法では、計算時間を多くとると累積誤差が大きくなる。そこで、速度を以下に示す式(7)から求め、また位置を以下に示す式(8)から求める方法がある。 However, in this method, the error is large because a small term (order of square of Δt) is added to the difference between two large terms (order of Δt raised to the zeroth power) in the above formula (5). Specifically, in the molecular dynamics method, the time step Δt is generally in the order of femto (10 −15 ), and the coordinate (position) x is in the order of angstrom (10 −10 ). Therefore, in the right side of Equation (5) described above, the difference between the first term and the second term is on the order of 10 −10 (an order smaller than Δt), but (Δt) 2 of the third term is 10 −15. Therefore, depending on the value of F i (t) / m i (specifically, when the force is very small), it is expected that a digit loss will occur on the computer. Therefore, in the numerical integration method shown in the above equation (5), the accumulated error increases as the calculation time is increased. Therefore, there is a method of obtaining the speed from the following equation (7) and obtaining the position from the following equation (8).

Figure 2008040673
Figure 2008040673

Figure 2008040673
この方法は、一般に蛙跳び法(leap−frog method)と呼ばれており、Verletのアルゴリズムの一つである。なお、上述した式(7)を以下に示す式(9)とすれば、上述された式(5)が導出されることから、両者は本質的に同じであることが分かる。
Figure 2008040673
This method is generally called a leap-frog method and is one of Verlet's algorithms. In addition, if Formula (7) mentioned above is made into Formula (9) shown below, since Formula (5) mentioned above will be derived | led-out, it turns out that both are essentially the same.

Figure 2008040673
このように、上述した式を用いて算出された位置及び速度に基づいて、位置、速度の更新を行う(S23、S24)。
Figure 2008040673
In this way, the position and speed are updated based on the position and speed calculated using the above-described equations (S23, S24).

次に、本実施例では、温度・エネルギーの計算を行う(S25)。具体的には、最も簡単で直接的な温度制御方法を用いる。例えば、系の運動エネルギーをKとし、系の粒子数をNとし、粒子の質量をmとし、系の温度をTとし、ボルツマン定数をkとすると、以下に示す式(10)が成り立つ。 Next, in this embodiment, temperature and energy are calculated (S25). Specifically, the simplest and direct temperature control method is used. For example, if the kinetic energy of the system is K, the number of particles in the system is N, the mass of the particles is m, the temperature of the system is T, and the Boltzmann constant is k B , the following equation (10) holds.

Figure 2008040673
ただし、vは各原子の速度、vは全原子の平均速度である。したがって、系の温度Tは、以下に示す式(11)となる。
Figure 2008040673
However, v i is the velocity of each atom, v ~ is the average speed of all atoms. Therefore, the system temperature T is expressed by the following equation (11).

Figure 2008040673
なお、このときの原子の速度は、以下に示す式(12)となる。
Figure 2008040673
At this time, the velocity of the atoms is expressed by the following formula (12).

Figure 2008040673
ただし、Tは目標とする温度であり、Tは系の温度である。
Figure 2008040673
Where Tc is the target temperature and T is the system temperature.

なお、上述の関係式において、Vの代わりにV’を用いると、上述した式(11)の右辺は、以下に示す式(13)となり、系の温度は設定温度Tと一致することが分かる。 Incidentally, in the above relational expression, the use of V i 'instead of V i, the right side of the equation (11) described above, following expressions (13), and the temperature of the system is consistent with the set temperature T c I understand that.

次に、上述したS25の処理における温度・エネルギーの計算をした後、計算結果により温度制御をするか否かを判断し(S26)、温度制御をする場合(S26において、YES)、温度のスケーリングを行う(S27)。具体的には、予め設定された適正値の校正データ等に基づいて、温度情報の補正を行う。なお、校正データとは、例えば原子を配置する複雑形状等の系の融点に対して、その近傍の温度になるように温度のスケーリングを行うためのデータである。   Next, after calculating the temperature and energy in the process of S25 described above, it is determined whether or not to control the temperature based on the calculation result (S26). If the temperature is controlled (YES in S26), the temperature scaling is performed. (S27). Specifically, the temperature information is corrected based on preset calibration data having appropriate values. Note that the calibration data is data for scaling the temperature so that, for example, the melting point of a system such as a complex shape in which atoms are arranged has a temperature in the vicinity thereof.

また、S26の処理において、温度制御を行わない場合(S26において、NO)、又はS27の処理が終了後、アニーリングを終了するか否かを判断する(S28)。ここで、アニーリングを終了しない場合(S28において、NO)、S22に戻り、設定を変えて上述した処理を行う。また、アニーリング処理を終了する場合(S28において、YES)、処理を終了する。   In the process of S26, when temperature control is not performed (NO in S26), or after the process of S27 is finished, it is determined whether or not the annealing is finished (S28). Here, when the annealing is not finished (NO in S28), the process returns to S22 and the above-described processing is performed with the setting changed. If the annealing process is to be terminated (YES in S28), the process is terminated.

このように、本実施例では、まず原子を適当な位置に配置した後、分子動力学法により分子動力学法によりアニーリング計算を行い、原子を最適な安定点に移動させる。具体的には、系全体の温度をスケーリング法により強制的に融点近傍に保った状態で、例えば10万ステップ程度の計算を行うことで緩和させている。このように、例えば分子動力学等を用いてアニーリングすることにより、形状を形成する金属等の材料が高温で融けている状態から、ゆっくり冷やして固体にすると、略エネルギー最小の状態になる過程をエミュレートし、少ない計算量で近似解を求めることで、複雑な形状に対しても適切に原子を配置することができる。   As described above, in this embodiment, first, atoms are arranged at appropriate positions, and then annealing calculation is performed by the molecular dynamics method by the molecular dynamics method to move the atoms to the optimum stable point. Specifically, the temperature of the entire system is relaxed by, for example, calculating about 100,000 steps in a state where the temperature of the entire system is forcibly kept near the melting point by the scaling method. In this way, for example, by annealing using molecular dynamics or the like, when the material forming the metal or the like is melted at a high temperature and then slowly cooling to a solid, the process of becoming a state of almost minimum energy By emulating and finding an approximate solution with a small amount of calculation, atoms can be arranged appropriately even for complex shapes.

ここで、図8は、アニーリングにより緩和された原子配置の一例を示す図である。なお、図8では、生成されたメッシュ形状を明確にするため、配置された原子を所定の領域で抽出し拡大表示したものである。本実施例によれば、図8に示すように、形状の近いメッシュ50を配列させることができ、その格子点に原子51を配置することで、複雑な形状に対しても適切に原子を配置することができる。なお、上述した図8は、画面生成手段27により生成されて出力手段22により出力される。   Here, FIG. 8 is a diagram illustrating an example of an atomic arrangement relaxed by annealing. In FIG. 8, in order to clarify the generated mesh shape, the arranged atoms are extracted in a predetermined region and enlarged and displayed. According to the present embodiment, as shown in FIG. 8, meshes 50 having similar shapes can be arranged, and by arranging atoms 51 at the lattice points, atoms can be appropriately arranged even for complicated shapes. can do. 8 described above is generated by the screen generation means 27 and output by the output means 22.

<原子配置シミュレーションプログラム>
ここで、本発明における原子配置シミュレーション装置は、上述した各構成における各処理をコンピュータに実行させることができる実行プログラムを生成し、例えば汎用のパーソナルコンピュータ、サーバ等に原子配置シミュレーションプログラムをインストールすることにより、上述した本発明における原子配置シミュレーション処理を実現することができる。
<Atom configuration simulation program>
Here, the atomic arrangement simulation apparatus according to the present invention generates an execution program that can cause a computer to execute each process in the above-described configurations, and installs the atomic arrangement simulation program in, for example, a general-purpose personal computer or a server. Thus, the above-described atomic arrangement simulation process in the present invention can be realized.

これにより、予め設定された形状に適切に原子を配置することができる。また、実行プログラムをコンピュータにインストールすることにより、容易に原子配置シミュレーション処理を実現することができる。   Thereby, atoms can be appropriately arranged in a preset shape. Further, by installing the execution program in the computer, the atomic arrangement simulation process can be easily realized.

また、上述した原子配置シミュレーションプログラムが記録されたコンピュータ読み取り可能な記録媒体に記録して提供すれば、記録媒体により他の複数のコンピュータに容易に原子配置シミュレーションプログラムをインストールすることができる。   Further, if the above-described atomic arrangement simulation program is recorded in a computer-readable recording medium and provided, the atomic arrangement simulation program can be easily installed in a plurality of other computers by the recording medium.

上述したように本発明によれば、予め設定された形状に適切に原子を配置することができる。また、本発明によれば、分子動力学を用いて複雑な形状に対しても適切に原子を配置することができる。   As described above, according to the present invention, atoms can be appropriately arranged in a preset shape. In addition, according to the present invention, atoms can be appropriately arranged even for complicated shapes using molecular dynamics.

また、本発明によれば、従来の有限要素法等で用いるメッシュの改善にも用いることができる。具体的には、例えば原子を配置する形状が複雑な場合に計算幾何学的には「歪んだ」メッシュを作成してしまうような領域であっても、従来のように手作業で直すことなくアニーリング計算で緩和することにより質の高いメッシュとすることができる。また、リメッシュが必要となる非定常計算においても、原子の相互作用によって迅速にメッシュ形状を変えることができる。更に、本発明によれば、原子の大きさを変えることにより、粗さの違うメッシュにも対応でき、原子間ポテンシャルの選び方によっては、四角形メッシュに対しても適用可能である。   Further, according to the present invention, it can be used to improve a mesh used in a conventional finite element method or the like. Specifically, for example, even in a region where a geometrically “distorted” mesh is created when the shape of the arrangement of atoms is complicated, it is not necessary to manually correct it as in the past. It is possible to obtain a high-quality mesh by relaxing the annealing calculation. Further, even in non-stationary calculations that require remeshing, the mesh shape can be quickly changed by the interaction of atoms. Furthermore, according to the present invention, it is possible to deal with meshes having different roughness by changing the size of atoms, and depending on how the interatomic potential is selected, the present invention can be applied to quadrilateral meshes.

以上、本発明の好ましい実施例について詳述したが、本発明は係る特定の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形、変更が可能である。   The preferred embodiments of the present invention have been described in detail above, but the present invention is not limited to such specific embodiments, and various modifications can be made within the scope of the gist of the present invention described in the claims. Can be changed.

本実施例における原子配置シミュレーション装置のハードウェア構成の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the hardware constitutions of the atomic arrangement | positioning simulation apparatus in a present Example. 原子配置シミュレーション装置の機能構成の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of a function structure of an atomic arrangement | positioning simulation apparatus. 本実施例における原子配置シミュレーション処理手順の一例を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows an example of the atomic arrangement | sequence simulation processing procedure in a present Example. 原子の仮配置処理手順の一例を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows an example of the temporary arrangement | positioning process procedure of an atom. S12、S13の処理におけるメッシュ生成後の原子配置の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the atomic arrangement | positioning after the mesh production | generation in the process of S12 and S13. 、S15、S16の処理における原子配置の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the atomic arrangement | positioning in the process of S15, S15. 本実施例における分子動力学法を用いたアニーリング処理手順を説明するためのフローチャートである。It is a flowchart for demonstrating the annealing process procedure using the molecular dynamics method in a present Example. アニーリングにより緩和された原子配置の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the atomic arrangement | positioning eased by annealing.

符号の説明Explanation of symbols

10 原子配置シミュレーション装置
11 入力装置
12 出力装置
13 ドライブ装置
14 補助記憶装置
15 メモリ装置
16 CPU
17 ネットワーク接続装置
18 記録媒体
21 入力手段
22 出力手段
23 蓄積手段
24 仮配置手段
25 アニーリング手段
26 粗密調整手段
27 画面生成手段
28 送受信手段
29 制御手段
30,50 メッシュ
31,43,51 原子
40 外枠
41 中央開口部
42 周囲開口部
44 矢印
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Atom arrangement simulation apparatus 11 Input apparatus 12 Output apparatus 13 Drive apparatus 14 Auxiliary storage apparatus 15 Memory apparatus 16 CPU
DESCRIPTION OF SYMBOLS 17 Network connection apparatus 18 Recording medium 21 Input means 22 Output means 23 Storage means 24 Temporary arrangement means 25 Annealing means 26 Roughness adjustment means 27 Screen generation means 28 Transmission / reception means 29 Control means 30, 50 Mesh 31, 43, 51 Atom 40 Outer frame 41 Center opening 42 Peripheral opening 44 Arrow

Claims (10)

予め設定された形状に原子を配列するためのシミュレーションを行う原子配置シミュレーション方法において、
前記形状に原子を仮配置する仮配置ステップと、
前記仮配置ステップにより配置された原子を原子間ポテンシャルに基づいてアニーリングするアニーリングステップと、
前記アニーリングステップによりアニーリングされた原子の粗密関係を調整する粗密調整ステップとを有することを特徴とする原子配置シミュレーション方法。
In an atomic arrangement simulation method for performing a simulation for arranging atoms in a preset shape,
A temporary placement step of temporarily placing atoms in the shape;
An annealing step for annealing the atoms arranged in the temporary arrangement step based on the interatomic potential;
An atomic arrangement simulation method comprising: a density adjustment step for adjusting a density relationship between atoms annealed by the annealing step.
前記仮配置ステップは、
前記形状に多数のメッシュを生成し、生成されたメッシュの各格子点に原子を配置するか、あるいは、前記形状の枠に原子を配置した後に前記形状内部に原子を発生させて充填することで原子を配置することを特徴とする請求項1に記載の原子配置シミュレーション方法。
The temporary placement step includes
By generating a large number of meshes in the shape and arranging atoms at each lattice point of the generated mesh, or by arranging atoms in the shape frame and generating and filling atoms inside the shape The atom arrangement simulation method according to claim 1, wherein atoms are arranged.
前記アニーリングステップは、
分子動力学法により前記形状を形成する材料の融点近傍に温度を調整してアニーリングを行うことを特徴とする請求項1又は2に記載の原子配置シミュレーション方法。
The annealing step includes
The atomic arrangement simulation method according to claim 1 or 2, wherein the annealing is performed by adjusting the temperature in the vicinity of the melting point of the material forming the shape by a molecular dynamics method.
予め設定された形状に原子を配列するためのシミュレーションを行う原子配置シミュレーション装置において、
前記形状に原子を仮配置する仮配置手段と、
前記仮配置手段により配置された原子を原子間ポテンシャルに基づいてアニーリングするアニーリング手段と、
前記アニーリング手段によりアニーリングされた原子の粗密関係を調整する粗密調整手段とを有することを特徴とする原子配置シミュレーション装置。
In an atomic arrangement simulation apparatus that performs a simulation for arranging atoms in a preset shape,
Temporary placement means for temporarily placing atoms in the shape;
Annealing means for annealing the atoms arranged by the temporary arrangement means based on the interatomic potential;
An atomic arrangement simulation apparatus comprising: a density adjusting unit that adjusts a density relationship between atoms annealed by the annealing unit.
前記仮配置手段は、
前記形状に多数のメッシュを生成し、生成されたメッシュの各格子点に原子を配置するか、あるいは、前記形状の枠に原子を配置した後に前記形状内部に原子を発生させて充填することで原子を配置することを特徴とする請求項4に記載の原子配置シミュレーション装置。
The temporary placement means includes
By generating a large number of meshes in the shape and arranging atoms at each lattice point of the generated mesh, or by arranging atoms in the shape frame and generating and filling atoms inside the shape The atom arrangement simulation apparatus according to claim 4, wherein atoms are arranged.
前記アニーリング手段は、
分子動力学法により前記形状を形成する材料の融点近傍に温度を調整してアニーリングを行うことを特徴とする請求項4又は5に記載の原子配置シミュレーション装置。
The annealing means is
6. The atomic arrangement simulation apparatus according to claim 4, wherein annealing is performed by adjusting a temperature in the vicinity of a melting point of the material forming the shape by a molecular dynamics method.
予め設定された形状に原子を配列するためのシミュレーションを行う原子配置シミュレーション処理をコンピュータに実行さえるための原子配置シミュレーションプログラムにおいて、
前記形状に原子を仮配置する仮配置処理と、
前記仮配置処理により配置された原子を原子間ポテンシャルに基づいてアニーリングするアニーリング処理と、
前記アニーリング処理によりアニーリングされた原子の粗密関係を調整する粗密調整処理とをコンピュータに実行させるための原子配置シミュレーションプログラム。
In an atomic arrangement simulation program for executing on a computer an atomic arrangement simulation process for performing simulation for arranging atoms in a preset shape,
Temporary placement processing for temporarily placing atoms in the shape;
Annealing treatment for annealing atoms arranged by the temporary arrangement treatment based on an interatomic potential;
An atomic arrangement simulation program for causing a computer to execute a density adjustment process for adjusting a density relationship between atoms annealed by the annealing process.
前記仮配置処理は、
前記形状に多数のメッシュを生成し、生成されたメッシュの各格子点に原子を配置するか、あるいは、前記形状の枠に原子を配置した後に前記形状内部に原子を発生させて充填することで原子を配置することを特徴とする請求項7に記載の原子配置シミュレーションプログラム。
The temporary placement process is:
By generating a large number of meshes in the shape and arranging atoms at each lattice point of the generated mesh, or by arranging atoms in the shape frame and generating and filling atoms inside the shape The atom arrangement simulation program according to claim 7, wherein atoms are arranged.
前記アニーリング処理は、
分子動力学法により前記形状を形成する材料の融点近傍に温度を調整してアニーリングを行うことを特徴とする請求項7又は8に記載の原子配置シミュレーションプログラム。
The annealing process is
The atomic arrangement simulation program according to claim 7 or 8, wherein annealing is performed by adjusting a temperature in the vicinity of a melting point of the material forming the shape by a molecular dynamics method.
前記請求項7乃至請求項9に記載された原子配置シミュレーションプログラムが記録されたコンピュータ読み取り可能な記録媒体。   A computer-readable recording medium on which the atomic configuration simulation program according to any one of claims 7 to 9 is recorded.
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