JP2012026785A - Ground deformation analysis device, ground deformation analysis method, program - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a ground deformation analysis device and the like capable of performing a three dimensional large deformation analysis and dynamic analysis of ground.SOLUTION: The ground deformation analysis device 1 for analyzing a ground deformation using a particle method includes: a storage means for storing element information on an element region having a solid shape and particle information on a particle; an initial element region calculation means for calculating an initial element region where the particle locates; an initial stress calculation means for calculating the initial stress of the particle; a node velocity calculation means for calculating a first velocity of a node; a position/strain increment calculation means for calculating the position and the strain increment of the particle; a strain/stress/density calculation means for calculating the strain, stress, and density of the particle; and an element region calculation means for calculating the element region where the particle locates, and if the particle is outside of the element region, translating the particle position to a predetermined position on the outer surface of the element region according to the particle position.

Description

本発明は地盤変形についての解析を行うための地盤変形解析装置、地盤変形解析方法、プログラムに関する。   The present invention relates to a ground deformation analysis apparatus, a ground deformation analysis method, and a program for analyzing ground deformation.

例えば地震時等には、地盤に対する動的な作用の下、斜面崩壊や液状化など地盤の大変形を伴う災害が多発する。その際、周辺環境の安全性を確保するためには、それらの災害による被害程度を予測することが重要になる。これらの被害予測には、地盤の変形解析が不可欠であるとともに、3次元的な変形解析や、動的解析が可能であることが望ましい。   For example, during an earthquake or the like, disasters accompanied by large ground deformation such as slope failure and liquefaction frequently occur due to dynamic action on the ground. At that time, in order to ensure the safety of the surrounding environment, it is important to predict the degree of damage caused by those disasters. For these damage predictions, ground deformation analysis is indispensable, and it is desirable that three-dimensional deformation analysis and dynamic analysis are possible.

このような地盤の変形解析に際しては、従来、有限要素法による変形解析が行われている。このような例が、特許文献1に記載されており、土の構成則の体積変形に抵抗する水の作用を簡便にモデル化し、砂地盤等に対する液状化の影響を考慮した地震応答解析を行うことが記載されている。   In the case of such a ground deformation analysis, a deformation analysis by a finite element method has been conventionally performed. Such an example is described in Patent Document 1, and the action of water that resists the volume deformation of the constitutive law of soil is simply modeled, and an earthquake response analysis is performed in consideration of the effect of liquefaction on sand ground and the like. It is described.

特開2006−038455公報JP 2006-038455 A

しかしながら、従来用いられているような有限要素法では、地盤の大変形解析に対応できないという問題がある。例えば有限要素法では、要素を形成する節点の移動により地盤の変形を表現するが、要素の大変形により計算の破綻を生じるなどの問題から、地盤が大きく変位する上記のような大変形時の解析に用いることが難しい。   However, the conventional finite element method has a problem that it cannot cope with large deformation analysis of the ground. For example, in the finite element method, the deformation of the ground is expressed by the movement of the nodes that form the element. However, due to problems such as the failure of the calculation due to the large deformation of the element, the ground is greatly displaced as described above. Difficult to use for analysis.

一方、近年、粒子法と呼ばれる、物体の大変形解析に対応可能な手法が開発されてきている。ここでは、粒子法について概略を簡単に説明する。図14は、粒子法であるMPM(Material Point Method)の概要を模式的に示した図である。   On the other hand, in recent years, a method called a particle method that can cope with large deformation analysis of an object has been developed. Here, an outline of the particle method will be briefly described. FIG. 14 is a diagram schematically showing an outline of MPM (Material Point Method) which is a particle method.

粒子法は陽解法の時刻歴解析法である。図14(a)に示すように、粒子情報としての物質情報(ラグランジュ変数)を有する個別の粒子100(ラグランジュ粒子)は、空間の要素105上、あるいは要素105間を移動する。粒子100がもつラグランジュ変数である物質情報は、一定時間刻み毎に粒子100の存在する要素105の節点120に内挿関数等を通して集約される。そして、この節点120に対し運動方程式を解いて次ステップでの節点120の速度増分を求める。   The particle method is an explicit time history analysis method. As shown in FIG. 14A, individual particles 100 (Lagrange particles) having substance information (Lagrange variable) as particle information move on or between elements 105 in the space. Material information which is a Lagrangian variable of the particle 100 is aggregated through an interpolation function or the like at a node 120 of the element 105 where the particle 100 exists at every fixed time interval. Then, the equation of motion is solved for the node 120 to determine the speed increment of the node 120 in the next step.

この時点で、図14(b)で示すように、節点120の移動により要素105は粒子100を載せながら変形し、粒子100が移動する。また、節点120の物質情報より内挿関数等を通して粒子100の物質情報が更新される。そして、図14(c)に示すように、変形した要素105は次ステップに備え、移動した粒子100を残して再び元の位置に戻される。以上の過程を繰り返し、粒子100は位置を移動するとともに、その物質情報が更新されてゆく。   At this time, as shown in FIG. 14B, the element 105 is deformed while the particle 100 is placed by the movement of the node 120, and the particle 100 moves. Further, the substance information of the particle 100 is updated from the substance information of the node 120 through an interpolation function or the like. Then, as shown in FIG. 14C, the deformed element 105 is returned to the original position again in preparation for the next step, leaving the particles 100 that have moved. By repeating the above process, the particle 100 moves its position and its substance information is updated.

但し、上記のような地盤の3次元的変形や動的解析の問題を考慮した場合に、粒子法をそのまま用いることはできない。即ち、3次元化への対応、加えて動的解析や地下水の挙動への対応等を行うことが必要となる。   However, the particle method cannot be used as it is in consideration of the above-mentioned problems of three-dimensional deformation of the ground and dynamic analysis. In other words, it is necessary to deal with three-dimensionalization, in addition to dealing with dynamic analysis and groundwater behavior.

本発明は、前述した問題点に鑑みてなされたもので、地盤の3次元的な大変形解析や動的解析を可能とする地盤変形解析装置等を提供することを目的とし、本発明者らが鋭意検討し考案した、粒子法であるMPMについて、3次元化への対応、および動的解析や地下水の挙動への対応を実現した手法を用いることで、従来のFEM解析では不可能であった地盤の3次元的な大変形解析等を行うことを可能としたものである。   The present invention has been made in view of the above-described problems, and an object of the present invention is to provide a ground deformation analysis apparatus and the like that enable three-dimensional large deformation analysis and dynamic analysis of the ground. For the MPM, which is a particle method that was devised and devised by the scientists, it was not possible with the conventional FEM analysis by using a method that realized the correspondence to three-dimensionalization and the dynamic analysis and the behavior of groundwater. 3D large deformation analysis of ground is possible.

前述した目的を達するための第1の発明は、地盤の変形解析を粒子法を用いて行う地盤変形解析装置であって、立体形状を有する要素領域に関する要素情報として、少なくとも前記要素領域の識別情報、前記要素領域を形成する節点の位置を記憶し、粒子に関する粒子情報として、少なくとも粒子の識別情報、粒子の位置する要素領域の識別情報、位置、質量、密度、応力を記憶する記憶手段と、前記粒子の位置と要素情報に基づき、前記粒子が、前記立体形状を有する要素領域の一面に対し、前記一面を形成する所定の節点を原点とし、前記一面を形成し前記節点の隣に位置する2つの節点のそれぞれへ向かう2つのベクトルの外積で示される方向に位置するかを判定し、前記要素領域の全ての面について前記粒子が前記外積で示される方向に位置する場合に、前記粒子の位置する要素領域として前記要素領域を算出し、前記要素領域内の前記粒子の数を算出する初期要素領域算出手段と、内挿関数を用いて前記粒子の質量を基に前記節点の初期節点力を算出し、勾配関数を用いて前記節点の初期節点力、前記粒子の質量、密度を基に前記粒子の初期鉛直方向応力を算出し、前記粒子の初期鉛直方向応力を基に前記粒子の初期応力を算出する初期応力算出手段と、前記要素領域内について、内挿関数を用いて前記粒子の質量を基に前記節点の質量を算出し、内挿関数および勾配関数を用いて前記粒子の質量、密度、応力を基に前記節点の節点力を算出し、前記節点の質量と前記節点の節点力を基に前記節点の加速度を算出し、前記節点の加速度を基に前記節点の第1の速度を算出する節点速度算出手段と、前記要素領域内について、内挿関数を用いて前記節点の第1の速度を基に前記粒子の位置を算出し、内挿関数を用いて前記節点の加速度を基に前記粒子の速度を算出し、勾配関数を用いて前記粒子の速度を基に前記粒子のひずみ増分を算出する位置・ひずみ増分算出手段と、前記要素領域内について、前記粒子のひずみ増分を基に前記粒子のひずみ、応力、密度を算出するひずみ・応力・密度算出手段と、前記粒子の位置と前記要素情報を基に、前記粒子の平面位置に対応し最も下方に位置する要素領域の底面の鉛直方向座標と前記要素領域の鉛直方向の長さから、前記粒子が位置するとする要素領域を算出し、前記粒子が前記要素領域の外にある場合には、前記粒子の位置を、前記粒子の位置に応じて、前記要素領域の外面上の所定の位置へと変換する要素領域算出手段と、を具備することを特徴とする地盤変形解析装置である。   A first invention for achieving the above-described object is a ground deformation analysis apparatus that performs a ground deformation analysis using a particle method, and includes at least identification information of the element region as element information relating to an element region having a three-dimensional shape. Storage means for storing the position of the node forming the element region, and storing at least particle identification information, identification information of the element region in which the particle is located, position, mass, density, and stress as particle information about the particle; Based on the position of the particle and element information, the particle is located adjacent to the nodal point, with the nodal point forming the one surface as the origin and the one side forming the one surface with respect to the one side of the element region having the three-dimensional shape. Determine whether the particle is located in the direction indicated by the outer product of two vectors toward each of the two nodes, and the particle is indicated by the outer product for all faces of the element region An initial element region calculating means for calculating the number of the particles in the element region, and calculating the mass of the particle using an interpolation function. The initial nodal force of the nodal point is calculated based on the initial nodal force of the nodal point based on the initial nodal force of the nodal point, the mass of the particle, and the density using a gradient function. An initial stress calculating means for calculating an initial stress of the particle based on a directional stress; and for the element region, the mass of the node is calculated based on the mass of the particle using an interpolation function, and an interpolation function and The nodal force of the node is calculated based on the mass, density, and stress of the particle using a gradient function, the acceleration of the nodal point is calculated based on the mass of the nodal point and the nodal force of the nodal point, and the acceleration of the nodal point Calculate the first velocity of the node based on A nodal velocity calculating means for calculating a position of the particle based on a first velocity of the nodal point using an interpolation function and an acceleration of the nodal point using an interpolation function. Position / strain increment calculating means for calculating the particle velocity and calculating a strain increment of the particle based on the velocity of the particle using a gradient function, and based on the particle strain increment in the element region Based on the strain / stress / density calculating means for calculating strain, stress and density of the particles, and the position of the particles and the element information, the bottom surface of the element region located at the lowest position corresponding to the planar position of the particles From the vertical coordinate and the vertical length of the element area, an element area where the particle is located is calculated, and when the particle is outside the element area, the position of the particle is Depending on the position, the element region It is an element region calculation means for converting into a predetermined position on the outer surface of the region.

第1の発明の地盤変形解析装置は、前記粒子のひずみまたは前記粒子のひずみ増分を用いて、水圧を算出する水圧算出手段を更に具備してもよい。   The ground deformation analysis apparatus according to the first aspect of the present invention may further include a water pressure calculating means for calculating a water pressure using the strain of the particles or the strain increase of the particles.

前記節点速度算出手段は、一部の節点については、ダッシュポットを模した運動方程式により前記節点の加速度を算出するものであってもよい。   The nodal velocity calculating means may calculate the acceleration of the nodal point using a motion equation simulating a dashpot for some of the nodal points.

前述した目的を達するための第2の発明は、立体形状を有する要素領域に関する要素情報として、少なくとも前記要素領域の識別情報、前記要素領域を形成する節点の位置を記憶し、粒子に関する粒子情報として、少なくとも粒子の識別情報、粒子の位置する要素領域の識別情報、位置、質量、密度、応力を記憶する記憶手段を有し、地盤の変形解析を粒子法を用いて行う情報処理装置が、前記粒子の位置と要素情報に基づき、前記粒子が、前記立体形状を有する要素領域の一面に対し、前記一面を形成する所定の節点を原点とし、前記一面を形成し前記節点の隣に位置する2つの節点のそれぞれへ向かう2つのベクトルの外積で示される方向に位置するかを判定し、前記要素領域の全ての面について前記粒子が前記外積で示される方向に位置する場合に、前記粒子の位置する要素領域として前記要素領域を算出し、前記要素領域内の前記粒子の数を算出する初期要素領域算出ステップと、内挿関数を用いて前記粒子の質量を基に前記節点の初期節点力を算出し、勾配関数を用いて前記節点の初期節点力、前記粒子の質量、密度を基に前記粒子の初期鉛直方向応力を算出し、前記粒子の初期鉛直方向応力を基に前記粒子の初期応力を算出する初期応力算出ステップと、前記要素領域内について、内挿関数を用いて前記粒子の質量を基に前記節点の質量を算出し、内挿関数および勾配関数を用いて前記粒子の質量、密度、応力を基に前記節点の節点力を算出し、前記節点の質量と前記節点の節点力を基に前記節点の加速度を算出し、前記節点の加速度を基に前記節点の第1の速度を算出する節点速度算出ステップと、前記要素領域内について、内挿関数を用いて前記節点の第1の速度を基に前記粒子の位置を算出し、内挿関数を用いて前記節点の加速度を基に前記粒子の速度を算出し、勾配関数を用いて前記粒子の速度を基に前記粒子のひずみ増分を算出する位置・ひずみ増分算出ステップと、前記要素領域内について、前記粒子のひずみ増分を基に前記粒子のひずみ、応力、密度を算出するひずみ・応力・密度算出ステップと、前記粒子の位置と前記要素情報を基に、前記粒子の平面位置に対応し最も下方に位置する要素領域の底面の鉛直方向座標と前記要素領域の鉛直方向の長さから、前記粒子が位置するとする要素領域を算出し、前記粒子が前記要素領域の外にある場合には、前記粒子の位置を、前記粒子の位置に応じて、前記要素領域の外面上の所定の位置へと変換する要素領域算出ステップと、を具備することを特徴とする地盤変形解析方法である。   The second invention for achieving the object described above stores at least the identification information of the element area and the position of the node forming the element area as element information relating to the element area having a three-dimensional shape, and as particle information relating to particles. An information processing apparatus having storage means for storing at least particle identification information, element region identification information, position, mass, density, and stress, and performing ground deformation analysis using a particle method, Based on the position of the particle and the element information, the particle is located adjacent to the node by forming the one surface with respect to one surface of the element region having the three-dimensional shape, with the predetermined node forming the one surface as the origin. It is determined whether it is located in the direction indicated by the outer product of two vectors toward each of the two nodes, and the particles are positioned in the direction indicated by the outer product for all the faces of the element region. An initial element region calculating step of calculating the element region as an element region in which the particle is located and calculating the number of the particles in the element region; and based on the mass of the particle using an interpolation function. The initial nodal force of the particle is calculated based on the initial nodal force of the nodal point, the mass and density of the particle using a gradient function, and the initial vertical stress of the particle is calculated. An initial stress calculating step for calculating the initial stress of the particle based on the above, and for the inside of the element region, the mass of the node is calculated based on the mass of the particle using an interpolation function, and the interpolation function and the gradient function To calculate the nodal force of the node based on the mass, density, and stress of the particle, calculate the nodal acceleration based on the mass of the nodal point and the nodal force of the nodal point, and based on the acceleration of the nodal point To calculate the first velocity of the node A nodal velocity calculating step for calculating the position of the particle based on a first velocity of the nodal point using an interpolation function and an acceleration of the nodal point using an interpolation function. A position / strain increment calculating step for calculating the particle velocity and calculating a strain increment of the particle based on the particle velocity using a gradient function; and based on the particle strain increment in the element region. Based on the strain / stress / density calculating step for calculating strain, stress, and density of the particle, and the position of the particle and the element information, the bottom surface of the element region located at the lowest position corresponding to the planar position of the particle From the vertical coordinate and the vertical length of the element area, an element area where the particle is located is calculated, and when the particle is outside the element area, the position of the particle is Depending on position An element region calculating step for converting the element region into a predetermined position on the outer surface of the element region.

第2の発明の地盤変形解析方法は、前記情報処理装置が、前記粒子のひずみまたは前記粒子のひずみ増分を用いて、水圧を算出する水圧算出ステップを更に行ってもよい。   In the ground deformation analysis method of the second invention, the information processing apparatus may further perform a water pressure calculation step of calculating a water pressure using the strain of the particles or the strain increment of the particles.

また、前記節点速度算出ステップでは、一部の節点について、ダッシュポットを模した運動方程式により前記節点の加速度を算出するものであってもよい。   In the nodal velocity calculation step, the acceleration of the nodal point may be calculated for some of the nodal points using an equation of motion simulating a dashpot.

前述した目的を達するための第3の発明は、情報処理装置を、第1の発明の地盤変形解析装置として機能させるためのプログラムである。   A third invention for achieving the above-described object is a program for causing an information processing device to function as the ground deformation analysis device of the first invention.

上記構成により、粒子法を用いて地盤の変形解析を行い、この際、任意の立体形状の要素領域を定め、粒子の位置する要素領域の計算や、初期応力の設定をこれに対応させて行う。粒子法を用いることにより地盤の大変形解析が可能になり、任意の立体形状の要素領域を定め、粒子の位置する要素領域の計算や、初期応力の設定をこれに対応させて行うことにより、3次元的な変形解析が可能になる。また、粒子のひずみやひずみ増分を基に水圧の算出を行うことにより、地下水を考慮した解析が可能になる。また、ダッシュポットを模した運動方程式を用い、動的解析を行うことも可能でなる。   With the above configuration, the ground deformation analysis is performed using the particle method. At this time, an element region of an arbitrary three-dimensional shape is determined, and the calculation of the element region where the particle is located and the initial stress are set correspondingly. . By using the particle method, large deformation analysis of the ground becomes possible, by defining the element area of any three-dimensional shape, by calculating the element area where the particle is located and setting the initial stress correspondingly, Three-dimensional deformation analysis becomes possible. In addition, by calculating water pressure based on particle strain and strain increment, it is possible to analyze groundwater. It is also possible to perform dynamic analysis using an equation of motion simulating a dashpot.

本発明により、地盤の3次元的な大変形解析や動的解析を可能とする地盤変形解析装置等を提供することができる。   According to the present invention, it is possible to provide a ground deformation analysis apparatus and the like that enable three-dimensional large deformation analysis and dynamic analysis of the ground.

地盤変形解析装置1のハードウェア構成を示す図The figure which shows the hardware constitutions of the ground deformation analysis apparatus 1 粒子100、要素領域105について示す図The figure shown about the particle | grains 100 and the element area | region 105 地盤変形解析装置1による地盤変形解析方法の全体の流れを示すフローチャートFlow chart showing the overall flow of the ground deformation analysis method by the ground deformation analysis apparatus 1 地盤変形解析装置1による地盤変形解析方法の流れを示すフローチャートFlow chart showing the flow of the ground deformation analysis method by the ground deformation analysis apparatus 1 地盤変形解析装置1による地盤変形解析方法の処理について示す図The figure shown about the process of the ground deformation analysis method by the ground deformation analysis apparatus 1 地盤変形解析装置1による地盤変形解析方法の処理について示す図The figure shown about the process of the ground deformation analysis method by the ground deformation analysis apparatus 1 地盤変形解析装置1による地盤変形解析方法の処理について示す図The figure shown about the process of the ground deformation analysis method by the ground deformation analysis apparatus 1 地盤変形解析装置1による地盤変形解析方法の処理について示す図The figure shown about the process of the ground deformation analysis method by the ground deformation analysis apparatus 1 地盤変形解析装置1による地盤変形解析方法の全体の流れを示すフローチャートFlow chart showing the overall flow of the ground deformation analysis method by the ground deformation analysis apparatus 1 地盤変形解析装置1による地盤変形解析方法の処理について示す図The figure shown about the process of the ground deformation analysis method by the ground deformation analysis apparatus 1 地盤変形解析装置1による地盤変形解析の例を示す図The figure which shows the example of the ground deformation analysis by the ground deformation analysis apparatus 1 地盤変形解析装置1による地盤変形解析の例を示す図The figure which shows the example of the ground deformation analysis by the ground deformation analysis apparatus 1 地盤変形解析装置1による地盤変形解析の例を示す図The figure which shows the example of the ground deformation analysis by the ground deformation analysis apparatus 1 粒子法の概要を示す図Diagram showing the outline of the particle method

以下、図面を参照しながら、本発明の地盤解析装置等の実施形態について説明する。
まず、図1を参照して、本実施形態の地盤変形解析装置1のハードウェア構成について説明する。地盤変形解析装置1は、例えば、制御部11、記憶部13、メディア入出力部15、周辺機器I/F部17、通信部21、入力部23、表示部25等がバス19を介して接続されて構成される。
Hereinafter, embodiments of the ground analysis device and the like of the present invention will be described with reference to the drawings.
First, the hardware configuration of the ground deformation analysis apparatus 1 of the present embodiment will be described with reference to FIG. In the ground deformation analysis apparatus 1, for example, a control unit 11, a storage unit 13, a media input / output unit 15, a peripheral device I / F unit 17, a communication unit 21, an input unit 23, a display unit 25, and the like are connected via a bus 19. Configured.

制御部11は、CPU、ROM、RAM等により構成される。CPUは、記憶部13、ROM、記録媒体等に格納されるプログラムをRAM上のワークメモリ領域に呼び出して実行し、バス19を介して接続された各部を駆動制御する。ROMは、コンピュータのブートプログラムやBIOS等のプログラム、データ等を恒久的に保持する。RAMは、ロードしたプログラムやデータを一時的に保持するとともに、制御部11が各種処理を行うために使用するワークエリアを備える。   The control unit 11 includes a CPU, ROM, RAM, and the like. The CPU calls and executes a program stored in the storage unit 13, ROM, recording medium, or the like to a work memory area on the RAM, and drives and controls each unit connected via the bus 19. The ROM permanently holds a computer boot program, a program such as BIOS, data, and the like. The RAM temporarily holds the loaded program and data, and includes a work area used by the control unit 11 to perform various processes.

記憶部13は、ハードディスクドライブであり、制御部11が実行するプログラムや、プログラム実行に必要なデータ、オペレーティング・システム等が格納されている。これらのプログラムコードは、制御部11により必要に応じて読み出されてRAMに移され、CPUに読み出されて実行される。記憶部13には、後述する地盤変形解析処理に係るプログラム、データ等が格納される。   The storage unit 13 is a hard disk drive, and stores a program executed by the control unit 11, data necessary for program execution, an operating system, and the like. These program codes are read by the control unit 11 as necessary, transferred to the RAM, and read and executed by the CPU. The storage unit 13 stores programs, data, and the like related to ground deformation analysis processing described later.

メディア入出力部15(ドライブ装置)は、例えば、フロッピー(登録商標)ディスクドライブ、CDドライブ、DVDドライブ、MOドライブ等のメディア入出力装置であり、データの入出力を行う。   The media input / output unit 15 (drive device) is a media input / output device such as a floppy (registered trademark) disk drive, CD drive, DVD drive, and MO drive, and performs data input / output.

周辺機器I/F(インタフェース)部17は、周辺機器を接続させるためのポートであり、周辺機器I/F部17を介して周辺機器とのデータの送受信を行う。周辺機器I/F部17は、USB等で構成されており、通常複数の周辺機器I/Fを有する。周辺機器との接続形態は有線、無線を問わない。   The peripheral device I / F (interface) unit 17 is a port for connecting a peripheral device, and transmits and receives data to and from the peripheral device via the peripheral device I / F unit 17. The peripheral device I / F unit 17 is configured by a USB or the like, and usually includes a plurality of peripheral devices I / F. The connection form with the peripheral device may be wired or wireless.

通信部21は、通信制御装置、通信ポート等を有し、ネットワーク等との通信を媒介する通信インタフェースであり、通信制御を行う。   The communication unit 21 includes a communication control device, a communication port, and the like, and is a communication interface that mediates communication with a network or the like, and performs communication control.

入力部23は、例えば、キーボード、マウス等のポインティング・デバイス、テンキー等の入力装置であり、入力されたデータを制御部11へ出力する。   The input unit 23 is an input device such as a keyboard, a pointing device such as a mouse, or a numeric keypad, and outputs input data to the control unit 11.

表示部25は、例えば液晶パネル、CRTモニタ等のディスプレイ装置と、ディスプレイ装置と連携して表示処理を実行するための論理回路(ビデオアダプタ等)で構成され、制御部11の制御により入力された表示情報をディスプレイ装置上に表示させる。   The display unit 25 includes a display device such as a liquid crystal panel or a CRT monitor, and a logic circuit (video adapter or the like) for executing display processing in cooperation with the display device, and is input under the control of the control unit 11. Display information is displayed on a display device.

バス19は、各装置間の制御信号、データ信号等の授受を媒介する経路である。   The bus 19 is a path that mediates transmission / reception of control signals, data signals, and the like between the devices.

前述したように、地震時等には、地盤に対する動的な作用の下、斜面崩壊や液状化など地盤の大変形を伴う災害が多発する。これらの被害予測には、地盤の変形解析が不可欠であり、その際3次元的な挙動を解析できることが望ましい。しかし、地盤の変形解析に従来用いられているような有限要素法では、地盤の大変形解析に対応することが困難である。   As described above, during an earthquake or the like, disasters with large ground deformation such as slope failure and liquefaction frequently occur due to dynamic action on the ground. For these damage predictions, ground deformation analysis is indispensable, and it is desirable to be able to analyze three-dimensional behavior. However, it is difficult to cope with large deformation analysis of the ground by a finite element method conventionally used for ground deformation analysis.

本発明の地盤解析装置1は、上記のような問題を解決し、粒子法であるMPMを3次元的挙動を考慮した地盤の大変形解析に適合させ、地盤の3次元的挙動の解析やその際の動的解析、地下水の挙動の解析等に適用可能な処理を行うものである。以下、その処理について説明する。以下示す各処理は、予め記憶部13等に記憶されたプログラム、データ等を制御部11のCPUが読み出すことにより、地盤変形解析装置1により実行される。   The ground analysis apparatus 1 of the present invention solves the above problems, adapts the MPM, which is a particle method, to large ground deformation analysis considering the three-dimensional behavior, and analyzes the three-dimensional behavior of the ground and its This is a process that can be applied to dynamic analysis and analysis of groundwater behavior. Hereinafter, the processing will be described. Each process shown below is executed by the ground deformation analysis apparatus 1 when the CPU of the control unit 11 reads a program, data, or the like stored in advance in the storage unit 13 or the like.

本実施形態の地盤変形解析装置1の行う処理においては、図2(a)に示すように節点120により形成される要素105の柱からなる土柱30の平面的分布により地盤の3次元のモデル化を行う。当該モデルにおいて図3等のフローに示す計算処理を行うことにより、MPMを用いた地盤の3次元解析を可能としている。また、各粒子100は、ラグランジュ変数である粒子情報110として、図2(b−1)に示すように、粒子の識別情報である粒子番号と紐付いて、粒子の位置する要素番号、位置、速度、応力、ひずみ、密度、質量等の情報を有し、この粒子情報110がRAMまたは記憶部13に記憶されている。
図3に地盤変形解析装置1による地盤変形解析方法におけるアルゴリズムのフローを示す。
In the processing performed by the ground deformation analysis apparatus 1 according to the present embodiment, a three-dimensional model of the ground is obtained by the planar distribution of the earth pillars 30 including the pillars of the elements 105 formed by the nodes 120 as shown in FIG. To do. By performing the calculation process shown in the flow of FIG. 3 in the model, the three-dimensional analysis of the ground using MPM is enabled. Each particle 100 is associated with a particle number that is particle identification information as particle information 110 that is a Lagrange variable, as shown in FIG. 2 (b-1), and the element number, position, and speed at which the particle is located. , Stress, strain, density, mass, and other information, and the particle information 110 is stored in the RAM or the storage unit 13.
FIG. 3 shows an algorithm flow in the ground deformation analysis method by the ground deformation analysis apparatus 1.

図3に示すように、まず、ステップS100において、計算に必要な初期値の入力など、計算に係る初期条件の設定を行う。   As shown in FIG. 3, first, in step S100, initial conditions related to calculation, such as input of initial values required for calculation, are set.

即ち、はじめに時刻歴計算を始める前の処理が必要となる。ここでは、位置X(k)={x(k)、y(k)、z(k)}(kは時刻ステップ数を表す)、速度v(k)={vxp(k)、vyp(k)、vzp(k)}、ひずみε(k)=εij p(k)、および密度ρ(k)、質量M等の初期値(k=0)を各粒子100を示す識別情報である粒子番号等と紐付けて入力し、RAM、あるいは記憶部13に記憶する。 That is, processing before starting the time history calculation is required first. Here, the position X p (k) = {x p (k), y p (k), z p (k)} (k represents the number of time steps), velocity v p (k) = {v xp ( k), v yp (k), v zp (k)} T , strain ε p (k) = ε ij p (k), and initial values such as density ρ p (k), mass M p (k = 0) ) In association with a particle number or the like, which is identification information indicating each particle 100, and is stored in the RAM or the storage unit 13.

また、質量Mについては、
の関係がある。V=L/n であり、Lは要素領域の体積、nは1要素一辺あたりの粒子の個数である。MPMでは、物体を一定の質量をもった粒子としてモデル化しているので、質量Mは時刻歴計算中不変の値となる。
For mass M p ,
There is a relationship. V p = L 3 / n s 3 , L 3 is the volume of the element region, and n s is the number of particles per element side. In the MPM, the object is modeled as a particle having a constant mass, so that the mass M p becomes an invariable value during time history calculation.

なお、後述する計算処理に必要な定数や、弾塑性モデル等履歴依存性のあるモデルを用いた場合で初期値の設定が必要な値がある場合は、それらの定数や初期値も同様にステップS100で設定しRAM等に記憶する。   In addition, if there are constants necessary for calculation processing described later, or values that require setting of initial values when using models with history dependence such as elasto-plastic models, those constants and initial values are also set in the same way. Set in S100 and stored in RAM or the like.

また、各要素105の要素領域の設定も行われている。前述したように、各要素領域は節点120により形成され、各要素領域は、図2(a)に示すように、節点120により構成される要素(セル)105の柱からなる土柱30が平面に分布するように設定される。
このため、例えば図2(b−2)に示すように、この要素領域を形成する節点120を識別する節点番号が、各要素を識別する要素番号、および各要素領域についての後述する局所節点番号と紐付けて記憶される。また、各節点番号は、図2(b−3)に示すように、その位置と紐付けて記憶される。
以上の情報は、要素情報111としてRAMや記憶部13等に記憶される。本実施形態では、各節点は図2(a)に示すXY平面においては矩形状の要素領域をもつオイラー格子を形成するものとする。なお、説明の簡便化のため図2(a)では要素105の要素領域はXZ平面、あるいはYZ平面においてもオイラー格子を形成しているが、本実施形態ではこれに限られない。
In addition, an element area of each element 105 is set. As described above, each element region is formed by the nodes 120, and each element region has a flat earth column 30 formed of columns of elements (cells) 105 constituted by the nodes 120, as shown in FIG. To be distributed.
For this reason, as shown in FIG. 2B-2, for example, the node number for identifying the node 120 forming this element region is the element number for identifying each element, and the local node number to be described later for each element region. It is memorized in association with. Each node number is stored in association with its position as shown in FIG.
The above information is stored as element information 111 in the RAM, the storage unit 13 or the like. In this embodiment, each node forms an Euler lattice having a rectangular element region in the XY plane shown in FIG. 2A, the element region of the element 105 forms an Euler lattice also in the XZ plane or the YZ plane in FIG. 2A. However, the present embodiment is not limited to this.

次に、ステップS110では、粒子の位置にかかる諸計算が行われる。ステップS110における処理を示したものが、図4である。   Next, in step S110, various calculations relating to the position of the particles are performed. FIG. 4 shows the processing in step S110.

図4に示すように、ステップ110では、まず、時刻暦計算を始める前(k=0)の場合(ステップS111のYes)、ステップS112において、粒子の位置と要素情報に基づき、各粒子に対応する要素領域(要素番号)を算出し、これを粒子情報110として記憶する。これにより各要素領域に位置する粒子が特定され、例えば要素番号と紐付けて粒子番号を記録することもできる。   As shown in FIG. 4, in step 110, first, before starting the time calendar calculation (k = 0) (Yes in step S <b> 111), in step S <b> 112, corresponding to each particle based on the particle position and element information. An element region (element number) to be calculated is calculated and stored as particle information 110. Thereby, the particle | grains located in each element area | region are pinpointed, for example, it can link with an element number and can also record a particle number.

即ち、初期設定として粒子の存在を定義するために、各要素領域内にある粒子を抽出する必要がある。要素領域は任意の立体形状をしているので、要素情報と粒子の位置を用いて、要素領域を構成する各面の法線を利用し粒子を抽出する。
具体的には、各粒子について、その粒子が、要素領域の一面に対し、当該一面を形成する所定の節点を原点とし、当該一面を形成し当該所定の節点の隣に位置する2つの節点のそれぞれへ向かう2つのベクトルの外積で示される方向に位置するかを判定する。要素領域の全ての面に対し上記の判定を行い、粒子が全ての面に対し上記の外積で示される方向に位置する場合に、その粒子の粒子情報として当該要素領域(初期要素領域)の要素番号を書き込み、その粒子が当該要素領域の内部にあることを特定する。これを以下説明する。
That is, in order to define the presence of particles as an initial setting, it is necessary to extract particles in each element region. Since the element region has an arbitrary three-dimensional shape, particles are extracted by using the normal of each surface constituting the element region using the element information and the position of the particle.
Specifically, for each particle, with respect to one surface of the element region, the particle is defined as the origin of a predetermined node that forms the one surface, and the two nodes that are adjacent to the predetermined node that form the one surface. It is determined whether it is located in the direction indicated by the outer product of the two vectors toward each. When the above determination is made for all the faces of the element area and the particle is positioned in the direction indicated by the outer product with respect to all the faces, the element information of the element area (initial element area) as the particle information of the particle Write a number to identify that the particle is inside the element area. This will be described below.

要素領域は6面体で構成するので、図5を参照しながら、6面体の内部にある粒子を抽出する方法について説明する。   Since the element region is composed of a hexahedron, a method of extracting particles inside the hexahedron will be described with reference to FIG.

まず、6面体の一面である節点1〜4による四辺形の局所座標を外積を用いて計算する。例えば、局所座標系を示す図5(a)におけるベクトルm、m、mは、図5(a)におけるベクトルa、bを用いて、それぞれ
と算出される。
First, the local coordinates of the quadrilateral with nodes 1 to 4 that are one side of the hexahedron are calculated using the outer product. For example, the vectors m 1 , m 2 , and m 3 in FIG. 5A showing the local coordinate system are respectively expressed as vectors a and b in FIG.
Is calculated.

また、図5(b)に示すベクトルx=(x、x、x)で表される粒子の位置を、ベクトルmによる局所座標系と、ベクトルeによる全体座標系の2つの座標系で表示すると、
となる。ベクトルmiで内積を取る事で、局所座標変更後のベクトルX=(X、X、X)については、
となり、従って、次式
で、座標x=(x、x、x)で表される粒子位置を局所座標系における位置X=(X、X、X)で算出することができる。ここで、mijはmのe成分であることを示す。
Also, the position of the particles represented by a vector x = shown in FIG. 5 (b) (x 1, x 2, x 3), and the local coordinate system by a vector m i, 2 two of the global coordinate system by a vector e i When displayed in the coordinate system,
It becomes. By taking an inner product vector m i, For = vector after local coordinate changes X (X 1, X 2, X 3),
Therefore, the following formula
Thus, the particle position represented by coordinates x = (x 1 , x 2 , x 3 ) can be calculated as position X = (X 1 , X 2 , X 3 ) in the local coordinate system. Here, m ij indicates a e j component of the m i.

ここで、図5(c)で示すように、粒子pの位置が全体座標系でベクトルSで表され、節点1〜4により6面体である要素領域の1面105bが構成されているとする。このとき、当該1面105bを構成する点の一つである点1の全体座標系のベクトルT、上式(5)で要素m11〜m33によりあらわされる変換行列である行列Mを用いて、次式
により表されるベクトルLを算出し、上式(5)の成分Xに対応する成分LがL≧0なら、上記ベクトルSで表される任意の点が、平面105bに対して図5(a)で示したベクトルm側にあることになる。なお、図5(c)で点1が原点、点1から当該点1と隣り合う点2に向かう点1→2のベクトルが図5(a)におけるベクトルa、点1から当該点1と隣り合う点4に向かう点1→4がベクトルbに対応し、これらを用いて行列Mの各要素m11〜m33は式(2)で計算される。即ち、上記のベクトルm側とは、点1→2のベクトルと点1→4のベクトルの外積で示される方向である。
Here, as shown in FIG. 5C, it is assumed that the position of the particle p is represented by a vector S in the global coordinate system, and one surface 105b of an element region which is a hexahedron is constituted by the nodes 1 to 4. . At this time, using the vector T of the global coordinate system of the point 1 which is one of the points constituting the one surface 105b, the matrix M which is a transformation matrix expressed by the elements m 11 to m 33 in the above equation (5). ,
When the component L 3 corresponding to the component X 3 in the above equation (5) is L 3 ≧ 0, an arbitrary point represented by the vector S is shown on the plane 105b. It is on the vector m 3 side indicated by 5 (a). In FIG. 5C, the point 1 is the origin, and the vector of the point 1 → 2 from the point 1 to the point 2 adjacent to the point 1 is adjacent to the vector a and the point 1 to the point 1 in FIG. The point 1 → 4 toward the matching point 4 corresponds to the vector b, and using these, the elements m 11 to m 33 of the matrix M are calculated by the equation (2). That is, the vector m 3 side is a direction indicated by the outer product of the vector of the point 1 → 2 and the vector of the point 1 → 4.

下記の条件全てで、m側に粒子があれば、上記6面体の内部に粒子が存在することになる。なお、(1→2、3、4)とは、点1を前述のベクトルa、bの始点とすることを指す。また、m(1→2)とは、図5(a)に示すベクトルmの向きを図5(d)で示す点1から点2へ向かう方向とすることを指す。その他も同様である。
例えば2)の場合は点5に原点を移動し、前述の方法により、m側に粒子が存在するかを判定する。要素領域の全ての面に対し上記の判定を行う1)から6)の条件すべてでm側に粒子があれば上記六面体の内部に粒子が存在することになる。各粒子の位置と各要素領域の要素情報に基づき上記の判定を行い、各粒子が含まれる初期要素領域の要素番号を算出し、各粒子の粒子情報としてRAM等に記憶する。
If there are particles on the m 3 side under all the following conditions, the particles exist inside the hexahedron. Note that (1 → 2, 3, 4) means that the point 1 is the start point of the vectors a and b described above. Further, m 1 (1 → 2) indicates that the direction of the vector m 1 shown in FIG. 5A is the direction from point 1 to point 2 shown in FIG. Others are the same.
For example, in the case of 2), the origin is moved to the point 5 and it is determined whether particles exist on the m 3 side by the method described above. If there is a particle on the m 3 side under all the conditions 1) to 6) in which the above determination is made for all the faces of the element region, the particle exists inside the hexahedron. The above determination is performed based on the position of each particle and the element information of each element region, the element number of the initial element region including each particle is calculated, and stored in the RAM or the like as particle information of each particle.

上記のステップS112の後、図4のステップS114において、各要素領域に含まれる粒子の数を算出する。例えば、粒子情報として当該要素領域の要素番号を有する粒子の数を集計することにより、各要素領域の粒子の数が算出される。   After step S112, the number of particles included in each element region is calculated in step S114 of FIG. For example, the number of particles in each element region is calculated by counting the number of particles having the element number of the element region as particle information.

ここで、以降の処理において用いる、各粒子の粒子情報に基づき節点の物理情報を求める、あるいはその逆の計算を行うための内挿関数および勾配関数について説明する。   Here, an interpolation function and a gradient function for obtaining physical information of a node based on the particle information of each particle, or performing the inverse calculation, used in the subsequent processing will be described.

今、粒子pがある要素領域に存在しているとする。図6に示すように、内挿関数等の計算を行うために、全体座標系(x、y、z軸)より局所座標系(r、r、r軸)への変換を行い、変換後の要素をアイソパラメトリック正方要素とすることを考える。局所座標系に変換した要素領域の局所節点番号は図6や図2(b−2)の番号1〜8で示すように各要素領域について予め定められており、粒子pの座標X(k)の関数として形状関数S(X(k))(=Sip(k)={Sxip(k)、Syip(k)Szip(k)})が次式で計算される。
また、勾配関数∇Sip(k)(=Gip(k)={Gxip(k)、Gyip(k)Gzip(k)})が次式で計算される。
ここで、iは局所節点番号である。また、r、r、rはアイソパラメトリック正方要素による局所座標系の3軸を示し、全体座標系に対し次式に示す関係がある。特にXY平面では、
の関係がある。x、yはそれぞれ、アイソパラメトリック正方要素の局所座標系の原点の全体座標系における位置を示す。l、lはそれぞれ、アイソパラメトリック正方要素の全体座標系におけるX軸方向、Y軸方向の長さの1/2の値である。
以上の内挿関数ならびに勾配関数は、上記した各粒子の粒子位置ならびに各粒子が位置する要素領域の要素情報に基づき求めることができる。アイソパラメトリック正方要素により計算された形状関数は後述の計算処理の際、内挿関数として用いることができる。このため、以降形状関数を示す記号Sip、やN pjを指して内挿関数と呼ぶことがある。
Now, assume that the particle p exists in an element region. As shown in FIG. 6, in order to calculate an interpolation function or the like, the global coordinate system (x, y, z axes) is converted to the local coordinate system (r 1 , r 2 , r 3 axes), Consider that the element after conversion is an isoparametric square element. The local node numbers of the element regions converted into the local coordinate system are determined in advance for each element region as indicated by numbers 1 to 8 in FIG. 6 and FIG. 2 (b-2), and the coordinates X p (k of the particle p ) As a function of shape function S i (X p (k)) (= S ip (k) = {S xip (k), S yip (k) S zip (k)} T ) is calculated by the following equation. .
Further, a gradient function ∇ S ip (k) (= G ip (k) = {G xip (k), G yip (k) G zip (k)} T ) is calculated by the following equation.
Here, i is a local node number. R 1 , r 2 , and r 3 represent three axes of the local coordinate system based on isoparametric square elements, and have a relationship represented by the following expression with respect to the overall coordinate system. Especially in the XY plane
There is a relationship. x c and y c respectively indicate the positions of the origin of the local coordinate system of the isoparametric square element in the global coordinate system. l x and l y are values of ½ of the length in the X-axis direction and the Y-axis direction in the global coordinate system of isoparametric square elements, respectively.
The above interpolation function and gradient function can be obtained based on the particle position of each particle and the element information of the element region where each particle is located. The shape function calculated by the isoparametric square element can be used as an interpolation function in the calculation process described later. For this reason, the symbols S ip and N i pj indicating the shape function are sometimes referred to as interpolation functions.

図4に戻って、時刻暦計算を始める前(k=0)では、さらに、前述のステップS114の後、ステップS115において、各粒子の応力σ(k)の初期値(k=0、初期応力)を算出し、粒子情報110としてRAM等に記憶する。 Returning to FIG. 4, before starting the time calendar calculation (k = 0), after step S114 described above, in step S115, the initial value (k = 0, initial value) of the stress σ p (k) of each particle Stress) is calculated and stored as particle information 110 in a RAM or the like.

本実施形態では、ステップS115において、粒子の応力を土柱30の要素105の要素領域の応力分布より求める。土柱30の要素領域では、内部の上下で応力が一定とし、上側の4つの節点の応力で要素領域内の粒子の応力を決定する。初期段階では、上側の節点4つに配置する応力は、粒子の重力に基づくものであり、要素領域105内の粒子の初期応力がこれにより決定される。   In the present embodiment, in step S115, the particle stress is obtained from the stress distribution in the element region of the element 105 of the earth pillar 30. In the element region of the earth pillar 30, the stress is constant at the top and bottom inside, and the stress of the particles in the element region is determined by the stress of the upper four nodes. In the initial stage, the stress placed at the upper four nodes is based on the gravity of the particles, and the initial stress of the particles in the element region 105 is determined thereby.

具体的には、内挿関数を用いて粒子の質量を基に節点の初期節点力を算出し、その後、勾配関数を用いて節点の初期節点力、粒子の質量、密度を基に粒子の初期鉛直応力を算出し、初期鉛直応力より粒子の初期応力を算出する。これを以下説明する。   Specifically, the initial nodal force of a node is calculated based on the particle mass using an interpolation function, and then the initial particle force based on the initial nodal force, particle mass, and density of the node using a gradient function. The vertical stress is calculated, and the initial stress of the particle is calculated from the initial vertical stress. This will be described below.

ステップS115では、まず、粒子の質量と内挿関数を用いて、粒子の自重に伴う節点力を求める。即ち、ひとつの要素領域に注目すると、粒子の各節点120への影響(力)は要素領域の上方の節点120に対しては以下の式で、
下方の節点120に対しては、以下の式で、
それぞれ表される。ここで、N pjは節点i(iは局所節点番号)に対する粒子jの影響関数であり、節点iの変位の形状関数を使用する。前述のようにアイソパラメトリック正方要素により計算された形状関数は内挿関数に等しい。
In step S115, first, the nodal force associated with the weight of the particle is obtained using the particle mass and the interpolation function. That is, when attention is paid to one element region, the influence (force) of each particle on each node 120 is expressed by the following equation for the node 120 above the element region:
For the lower node 120:
Each is represented. Here, N i pj is an influence function of the particle j with respect to the node i (i is a local node number), and a displacement shape function of the node i is used. As described above, the shape function calculated by the isoparametric square element is equal to the interpolation function.

また、MPjは粒子jの質量、gは重量加速度である。上記両式は、通常使われているFEMで利用されている式と等価なものである。上式で求められる節点の節点力を鉛直方向の要素領域間で重ね合わせる(足し合わせる)ことで粒子の自重による土柱の初期節点力f(i=1〜4)が算出される。 Further, M Pj is the mass of the particle j, g z are weight acceleration. Both of the above formulas are equivalent to formulas used in a commonly used FEM. Superimposing the nodal force of nodes determined by the above equation between vertical element regions (plus match) soil column by its own weight of the particles by the initial nodal force f i (i = 1 to 4) is calculated.

一方で、通常FEMで利用されている式
より、MPMにより応力と節点力の関係が以下の式で記述できる。下式で微分記号∂はz方向の辺微分とする。なお、上式でεvpは粒子のひずみ、σpiは粒子の応力である。
節点の応力と粒子の応力の関係については、
であり、節点力と粒子の応力については
の関係がある。
On the other hand, the formula usually used in FEM
Thus, the relationship between stress and nodal force can be described by the following equation using MPM. In the following equation, the differential symbol ∂ is the side differentiation in the z direction. In the above equation, ε vp is the particle strain, and σ pi is the particle stress.
For the relationship between the stress at the node and the stress at the particle,
For nodal forces and particle stresses
There is a relationship.

式(15)と式(16)を連結すると、
となる。行列Aは応力を節点力に変換する行列を表し、正方行列となるのでAの逆行列を求めることができ、これを解いて節点力fより節点位置の応力σが算出できる。ステップS115では、このようにして(初期)節点力fより求めた節点位置の(初期)応力σを上式(14)に代入して粒子の初期鉛直応力σpiを求める。
When Equation (15) and Equation (16) are connected,
It becomes. The matrix A represents a matrix for converting stress into nodal force. Since the matrix A is a square matrix, an inverse matrix of A can be obtained, and by solving this, the stress σ i at the node position can be calculated from the nodal force f. In step S115, it obtains the initial vertical stress sigma pi particles by substituting this manner (initial) nodal force f i from the obtained node positions (initial) stress sigma i in the above equation (14).

なお、Aの逆行列が求まるためには、nx≧2、ny≧2である必要がある。ここで、nx、nyは、それぞれ一要素内のx方向、y方向の粒子数であり、要素領域中の粒子数および要素領域のx方向長さおよびy方向長さを用いて求めることができる。逆行列が求まらない場合はA行列の成分を次式のように対角化して逆行列とする。
In order to obtain the inverse matrix of A, it is necessary that nx ≧ 2 and ny ≧ 2. Here, nx and ny are the numbers of particles in the x direction and y direction in one element, respectively, and can be obtained using the number of particles in the element region and the x direction length and y direction length of the element region. . If the inverse matrix cannot be obtained, the components of the A matrix are diagonalized as shown in the following equation to obtain an inverse matrix.

その後、初期鉛直応力σpiと、予め入力条件として地盤変形解析装置1に入力される値である側圧係数Kより、要素領域内の粒子の初期応力がσ=σPi、σ=σPi、σ=σPiと算出され、粒子情報としてRAM等に記憶される。ここで、せん断成分はすべてゼロとする。 Thereafter, the initial stress of the particles in the element region is σ z = σ Pi , σ X = σ from the initial vertical stress σ pi and the lateral pressure coefficient K 0 which is a value input in advance to the ground deformation analysis apparatus 1 as an input condition. Pi K 0 and σ Y = σ Pi K 0 are calculated and stored in the RAM or the like as particle information. Here, the shear components are all zero.

なお、側圧係数Kは、ゼロ以外が設定されていれば優先的に利用する。入力がゼロの場合は、弾性計算の場合、ポアソン比νから決定されるK=ν/(1−ν)としておく。弾塑性解析の場合は、土の内部摩擦角φから決定される静止土圧係数K=1−sinφが利用される。 Incidentally, the lateral pressure coefficient K 0 is preferentially utilized if set non-zero. When the input is zero, K 0 = ν / (1−ν) determined from the Poisson's ratio ν in the case of elasticity calculation. In the case of elasto-plastic analysis, the static earth pressure coefficient K 0 = 1−sin φ determined from the internal friction angle φ of the soil is used.

次に、図4に戻り、時刻暦計算中の要素番号の算出について説明する。
後述するが、MPMでは、時刻ステップ毎に粒子の位置が更新される。従って、k≠0である時刻暦計算中(ステップS111でNo)では、ステップS113において、粒子の位置を基に、粒子の含まれる要素領域と要素領域内の局所座標を更新する。
本実施形態では、粒子の位置と要素情報を用いて、粒子のXY平面位置に対応し最も下方に位置する要素領域の底面の鉛直方向座標と、要素領域のZ方向(鉛直方向)の長さにより、粒子が位置する(とする)要素領域を算出する。そして、粒子が実際には当該要素領域の外にある場合には、粒子の位置に対応して、粒子の位置を要素領域の外面上の所定の位置に変換する。以下図7、図8を参照してこれを説明する。
Next, returning to FIG. 4, the calculation of the element number during the time calendar calculation will be described.
As will be described later, in the MPM, the position of the particle is updated at each time step. Therefore, during the time calendar calculation in which k ≠ 0 (No in step S111), in step S113, the element region including the particle and the local coordinates in the element region are updated based on the particle position.
In this embodiment, using the particle position and element information, the vertical coordinate of the bottom surface of the element region corresponding to the XY plane position of the particle and the length of the element region in the Z direction (vertical direction) To calculate the element region in which the particle is located. When the particle is actually outside the element region, the particle position is converted into a predetermined position on the outer surface of the element region corresponding to the particle position. This will be described below with reference to FIGS.

粒子pのXY平面での要素領域の位置は、本実施形態では要素領域がXY平面においてはオイラー格子を形成するため比較的簡単に決定できる。図7(a)に示すように、例えば位置x、yの粒子のX、Y方向の要素領域の位置は、それぞれ(x−X)/L+1、
(y−Y)/L+1として算定できる。ここで、X、Yは要素番号(1、1、Nz)の左下の節点の座標、L、LはX、Yそれぞれの方向の要素領域の長さである。
In this embodiment, the position of the element region on the XY plane of the particle p can be determined relatively easily because the element region forms an Euler lattice on the XY plane. As shown in FIG. 7A, for example, the positions of the element regions in the X and Y directions of the particles at the positions x and y are (x−X s ) / L x +1,
It can be calculated as (y−Y s ) / L y +1. Here, X s and Y s are the coordinates of the lower left node of the element number (1, 1, Nz), and L x and L y are the lengths of the element regions in the X and Y directions, respectively.

一方、前述したように、本実施形態では図7(b)に示すように粒子の含まれる要素領域はXY平面ではオイラー格子でZ方向に同じ形状の要素領域が重なっているが、要素領域自体はZ方向にオイラー格子を形成しない場合もある。そこで、Z方向位置zの粒子の、Z方向の要素領域の位置Nzは以下に示す方法により算定する。   On the other hand, as described above, in the present embodiment, as shown in FIG. 7B, the element region including the particles is an Euler lattice on the XY plane and the element regions having the same shape overlap in the Z direction. May not form an Euler lattice in the Z direction. Therefore, the position Nz of the element region in the Z direction of the particle in the Z direction position z is calculated by the following method.

即ち、XY平面は直交格子なので、前述の方法でXY平面上の要素領域を決定することができるが、Z方向については、底面の起伏を考慮するため、XY平面と同じ手法は使用できない。Z方向については、下記の手順で粒子が含まれる要素領域と要素領域内での局所座標を特定する。   That is, since the XY plane is an orthogonal lattice, the element region on the XY plane can be determined by the above-described method. However, in the Z direction, since the undulation of the bottom surface is taken into consideration, the same method as the XY plane cannot be used. For the Z direction, an element region including particles and local coordinates in the element region are specified by the following procedure.

まず、前述の(x−Xs)/Lx+1、(y−Ys)/Ly+1と要素情報を用いて、各土柱の最も底にある要素領域のうち、底面のXY領域が粒子pの平面位置(x、y)を含む要素領域105a−1を算出する。
次に、当該要素領域105a−1の要素情報を用いて、図7(b)の×印で示す、当該要素領域105a−1の底面上で、粒子pの平面位置(x、y)に対応するZ方向座標Zeを算出する。そして、粒子pの鉛直方向の位置Zを用いて以下の式
で示す条件が成り立つnを算出する。Lzは要素領域105a−1(105a−2)のZ方向の高さである。これにより、最も下方の要素領域105a−1からn番目の要素領域に粒子が含まれることが特定できる。このように、粒子の位置と要素情報を基に粒子の位置する要素領域を算出し更新する。例えばn=2の場合、最も下方の要素領域105a−1から2番目の要素領域105a−2に粒子pが含まれるとする。
First, using the above-described (x−Xs) / Lx + 1, (y−Ys) / Ly + 1 and element information, among the element regions at the bottom of each earth pillar, the bottom XY region is the planar position of the particle p ( An element region 105a-1 including x, y) is calculated.
Next, using the element information of the element region 105a-1, corresponding to the planar position (x, y) of the particle p on the bottom surface of the element region 105a-1 indicated by a cross in FIG. 7B. The Z direction coordinate Ze to be calculated is calculated. And, using the vertical position Z of the particle p, the following equation
N that satisfies the condition shown in FIG. Lz is the height in the Z direction of the element region 105a-1 (105a-2). Thereby, it can be specified that particles are included in the nth element region from the lowest element region 105a-1. In this way, the element region where the particle is located is calculated and updated based on the particle position and the element information. For example, when n = 2, it is assumed that the particle p is included in the second element region 105a-2 from the lowermost element region 105a-1.

要素領域はZ方向にオイラー格子を形成しないことがあることは前述したが、そのため、図7(b)に示すように、以上のようにして求めた要素領域内に実際に粒子pが存在しない場合がある。   As described above, the element region may not form an Euler lattice in the Z direction. Therefore, as shown in FIG. 7B, the particle p does not actually exist in the element region obtained as described above. There is a case.

そこで、本実施形態では、粒子pが含まれる(とする)要素領域の算出後、粒子位置と要素情報を用いて、図6等で説明したようにニュートンラプソン法により要素領域がアイソパラメトリック正方要素になるよう座標変換を行い、その際、図8(a)に示す要素領域の底面130(領域AA)に対する、Z軸正側から見た領域ごとに場合わけし、粒子pが位置する領域ごとに、以下示すような位置変換を便宜的に行う。   Therefore, in the present embodiment, after calculating the element region including (assuming) the particle p, the element region is an isoparametric square element by Newton-Raphson method as described with reference to FIG. In this case, the coordinate transformation is performed for each region viewed from the Z axis positive side with respect to the bottom surface 130 (region AA) of the element region shown in FIG. For convenience, the following position conversion is performed.

例えば図8(a)でXY平面上AA面内に粒子pがある場合、図8(b)のP1で示すように、粒子pが変換後の要素領域105より上にあるときは、粒子pから要素領域105の上面に垂線を下ろした、当該上面上の点にあるものとする。逆に要素領域105より下にあるときは、粒子pから要素領域105の下面(底面130)に向かって垂線を下ろした、当該下面上の点にあるものとする。図8(b)のP2で示すように、粒子pの高さが要素領域中にあるときは、粒子pは要素領域105に含まれることになるので、その位置はそのままとする。   For example, when the particle p is in the AA plane on the XY plane in FIG. 8A, the particle p is present when the particle p is above the element region 105 after conversion, as indicated by P1 in FIG. 8B. It is assumed that the point is on a point on the upper surface of the element region 105 that is perpendicular to the upper surface. On the contrary, when it is below the element region 105, it is assumed that it is at a point on the lower surface where a perpendicular is dropped from the particle p toward the lower surface (bottom surface 130) of the element region 105. As indicated by P <b> 2 in FIG. 8B, when the height of the particle p is in the element region, the particle p is included in the element region 105, and the position is left as it is.

一方、図8(a)で粒子pがAA面内になく、A1〜A4面内にあるとき、例えば図8(b)のP3で示すように、粒子pが変換後のアイソパラメトリック要素より上にあるときは、粒子pから要素領域105の上面の対応する辺(上辺)に垂線を下ろした、当該上辺上の点にあるものとする。逆に要素領域105より下にあるときは、粒子pから要素領域105の下面の対応する辺(下辺)に向かって垂線を下ろした、当該下辺上の点にあるものとする。図8(b)のP4で示すように、粒子pの高さが要素領域中にあるときは、要素領域105の対応する側面に向かって垂線を下ろした、当該側面上の点にあるものとする。   On the other hand, when the particle p is not in the AA plane but in the A1 to A4 plane in FIG. 8A, the particle p is higher than the isoparametric element after conversion, as indicated by P3 in FIG. 8B, for example. Is located at a point on the upper side obtained by dropping a perpendicular from the particle p to the corresponding side (upper side) of the upper surface of the element region 105. Conversely, when it is below the element region 105, it is assumed that it is at a point on the lower side where a perpendicular line is drawn from the particle p toward the corresponding side (lower side) of the lower surface of the element region 105. As indicated by P4 in FIG. 8 (b), when the height of the particle p is in the element region, it is at a point on the side surface that is perpendicular to the corresponding side surface of the element region 105. To do.

さらに、図8(a)でAA面内になく、B1〜B4面内にあるとき、例えば図8(b)のP5で示すように、粒子pが変換後のアイソパラメトリック要素より上にあるときは、粒子pは要素領域105の上面の対応する角(上角)にあるものとする。逆に要素領域105より下にあるときは、粒子pは要素領域105の下面の対応する角(下角)にあるものとする。図8(b)のP6で示すように、粒子pの高さが要素領域中にあるときは、要素領域105の対応する側辺(上下辺)に向かって垂線を下ろした、当該側辺上の点にあるものとする。   Further, in FIG. 8A, when not in the AA plane but in the B1 to B4 plane, for example, as shown by P5 in FIG. 8B, when the particle p is above the isoparametric element after conversion. The particle p is assumed to be at a corresponding corner (upper corner) of the upper surface of the element region 105. Conversely, when it is below the element region 105, the particle p is assumed to be at a corresponding corner (lower corner) of the lower surface of the element region 105. As indicated by P6 in FIG. 8B, when the height of the particle p is in the element region, the vertical line is drawn toward the corresponding side (upper and lower sides) of the element region 105. Suppose that

このように、変換後の要素領域に対する粒子の位置に応じて、粒子の位置が要素領域の外面上にくるように位置の変換を行う。以上の変換は粒子位置と要素情報を用いて行うことができる。その後、ステップS114で各要素領域中の粒子数を前述したように算出、更新する。   In this manner, the position is converted so that the position of the particle is on the outer surface of the element area in accordance with the position of the particle with respect to the element area after conversion. The above conversion can be performed using the particle position and element information. Thereafter, in step S114, the number of particles in each element region is calculated and updated as described above.

地盤変形解析のフローについての説明に戻る。ステップS120では、要素領域内において、節点の質量と節点力を算出し、節点の質量と節点力より節点の加速度を算出し、節点の加速度より節点の第1の速度を算出する。   Return to the explanation of the flow of ground deformation analysis. In step S120, the nodal mass and nodal force are calculated in the element region, the nodal acceleration is calculated from the nodal mass and nodal force, and the nodal first velocity is calculated from the nodal acceleration.

ステップS120では、まず、節点の質量m(k)を、粒子pの質量Mと内挿関数Sipを用いて次式で算出する。
ここで、Nは要素領域に含まれる粒子の総数である。
In step S120, first, the mass m i (k) of the node is calculated by the following equation using the mass M p of the particle p and the interpolation function S ip .
Here, N p is the total number of particles included in the element region.

次に、節点力として、内力と外力を、粒子の質量、応力、密度、体積力、接触力を基に内挿関数、勾配関数を用いて算出する。   Next, as a nodal force, an internal force and an external force are calculated using an interpolation function and a gradient function based on the particle mass, stress, density, volume force, and contact force.

まず、内力としての節点力f int(k)={fxi int(k)、fyi int(k)、fzi int(k)}を粒子の質量、応力σij p(k)、密度ρ(k)を基に勾配関数Gnipを用いて次式
で算出する。
First, the nodal force f i int (k) = {f xi int (k), f y int (k), f zi int (k)} T as the internal force is defined as the mass of the particle, the stress σ ij p (k), Using the gradient function G nip based on the density ρ p (k),
Calculate with

一方、外力としての節点力f ext(k)={fxi ext(k)、fyi ext(k)、fzi ext(k)}をMPMにおける体積力b(k)={bxi(k)、byi(k)}と接触力τ(k)={σ(k)・n}を用いて、
で算出する。ここで、
である。nはdSの法線ベクトルを示す。Xは前述の粒子の位置ベクトルを、∂Ωは接触応力の作用する領域を、dSは単位面積を表す。
On the other hand, nodal force as the external force f i ext (k) = body force b i (k) in the MPM and {f xi ext (k), f yi ext (k), f zi ext (k)} T = {b xi (k), b yi (k)} T and contact force τ i (k) = {σ p (k) T · n},
Calculate with here,
It is. n represents a normal vector of dS. The position vector of X p the above particles, ∂Omega is a region in which the action of contact stress, dS represents a unit area.

次に、節点の質量と節点力を基に節点の加速度を求める。即ち、節点の加速度a(k)={axi(k)、ayi(k)、azi(k)}を、次に示す節点の運動方程式
より算出する。
Next, the acceleration of the node is obtained based on the mass of the node and the nodal force. That is, the node acceleration a i (k) = {a xi (k), a yi (k), a zi (k)} T is expressed by the following equation of motion of the node:
Calculate from

最後に、節点の加速度を基に次ステップk+1での節点の第1の速度v(k+1)を、
により算出し、更新する。Δtは時刻ステップkの長さであり、予め適宜定めておくことができる。
Finally, based on the acceleration of the node, the first velocity v i (k + 1) of the node at the next step k + 1 is
To calculate and update. Δt is the length of the time step k and can be determined in advance as appropriate.

次に、ステップS130において、粒子の位置X(k+1)、速度v(k+1)、ひずみ増分Δεij p(k+1)を算出する。 Next, in step S130, the particle position X p (k + 1), velocity v p (k + 1), and strain increment Δε ij p (k + 1) are calculated.

ステップS130では、まず、粒子の位置を、節点の第1の速度を基に内挿関数を用いて次式で算出し、更新する。
In step S130, first, the position of the particle is calculated by the following equation using an interpolation function based on the first velocity of the node, and updated.

また、節点の加速度を基に内挿関数を用いて粒子の速度を次式で算出し、更新する。
In addition, the velocity of the particle is calculated by the following equation using an interpolation function based on the acceleration of the node, and updated.

また、Sulskyにより提案された速度vi(k+1)の平滑化を行い、節点の速度(第2の速度)vi(k+1)を次式で再び求める。即ち、節点の速度(第2の速度)を、粒子の質量、速度、節点の質量を基に内挿関数を用いて次式で求める。
Further, smoothing of the velocity v i (k + 1) proposed by Sulsky is performed, and the node velocity (second velocity) v i (k + 1) is obtained again by the following equation. That is, the velocity of the node (second velocity) is obtained by the following equation using the interpolation function based on the mass of the particle, the velocity, and the mass of the node.

最後に、粒子のひずみ増分Δεij p(k+1)を、節点の速度を基に、勾配関数を用いて次式から算出する。なお、m、nの添え字は速度の成分を表す。
但し、工学ひずみΔγmnに関しては、
である。
Finally, the particle strain increment Δε ij p (k + 1) is calculated from the following equation using the gradient function based on the nodal velocity. Note that the subscripts m and n represent velocity components.
However, regarding engineering strain Δγ mn ,
It is.

続いて、ステップS140において、粒子のひずみ増分を基に粒子のひずみεij p(k+1)、応力σij p(k+1)、密度ρ(k+1)を算出し、更新する。 Subsequently, in step S140, the particle strain ε ij p (k + 1), stress σ ij p (k + 1), and density ρ p (k + 1) are calculated and updated based on the particle strain increment.

ステップS140では、まず、物体の剛性マトリックスTijklを用いて粒子のひずみ増分を基に粒子の応力増分Δσij p(k+1)を次式で算出する。添え字のk、lはひずみの成分を表す。
In step S140, first, a particle stress increment Δσ ij p (k + 1) is calculated based on the particle strain increment using the object stiffness matrix T ijkl by the following equation. The subscripts k and l represent distortion components.

また、粒子のひずみを、粒子のひずみ増分を基に次式で算出し、更新する。
Further, the strain of the particle is calculated by the following formula based on the increment of the strain of the particle and updated.

また、粒子の応力を、粒子の応力増分を基に算出し、更新する。
大変形解析を行うときは回転の影響も考慮することが好ましいことが知られている。ここでは、この影響を取り入れるためJaumann率を用いる。このとき、粒子の応力増分に加え、粒子の速度、内挿関数等も用いてステップk+1での粒子pの応力σij p(k+1)が次式で算出され、更新される。
ここで
である。
The particle stress is calculated and updated based on the particle stress increment.
It is known that it is preferable to consider the influence of rotation when performing large deformation analysis. Here, the Jamann rate is used to take this effect into account. At this time, the stress σ ij p (k + 1) of the particle p at the step k + 1 is calculated by the following equation using the particle velocity, the interpolation function, etc. in addition to the particle stress increment and updated.
here
It is.

また、粒子の密度が、粒子のひずみ増分を用いて次式で算出され、更新される。
Further, the density of the particles is calculated by the following equation using the particle strain increment and updated.

以降、全時刻ステップでの計算を終えるまで(ステップS150のNo)、時刻ステップ数kの値をインクリメントし(ステップS160)、ステップS110に戻って次の時刻暦計算を行う。この処理の過程で、各粒子のもつラグランジュ変数である粒子情報が更新される。例えば、粒子のひずみは、ステップS140において更新される。このようにして予め定めた時刻ステップ数だけ時刻暦計算を繰り返して時刻暦計算を終了すると(ステップS150のYes)、地盤解析を終了し、表示部に位置、ひずみ、応力等、各粒子についての諸値を色分けするなどして表示する。なお、1つの時刻ステップにおいて上記の一連の処理を終了すると、上記したようにステップS110に戻り、ステップS113にて各粒子の位置する要素番号を更新し各要素領域内の粒子を特定するが、この際、各粒子の(元の)要素番号を用いて、各要素領域について、その近傍の要素領域の要素番号を有する粒子のみ当該処理を行うことができ、これにより計算量の低減につながる。   Thereafter, until the calculation for all time steps is completed (No in step S150), the value of the time step number k is incremented (step S160), and the process returns to step S110 to perform the next time calendar calculation. In the course of this processing, particle information that is a Lagrangian variable of each particle is updated. For example, the particle strain is updated in step S140. In this way, when the time calendar calculation is repeated by the predetermined number of time steps to finish the time calendar calculation (Yes in step S150), the ground analysis is finished, and the position, strain, stress, etc. of each particle such as position, strain, stress, etc. are displayed on the display unit. Various values are displayed in different colors. In addition, when the above series of processes is completed in one time step, the process returns to step S110 as described above, and the element number where each particle is located is updated in step S113 to identify the particle in each element region. At this time, using the (original) element number of each particle, for each element region, only the particle having the element number of the neighboring element region can be processed, thereby reducing the amount of calculation.

本実施形態では、MPMとして、上記したステップS120〜S140の処理にかえて、USAVGと呼ばれる、1つの時刻ステップにおける時間増分を半分にし、粒子のひずみ、応力、密度を2回に分けて算出する方法をとることもできる。以下これを図9を用いて簡単に説明する。   In the present embodiment, as MPM, instead of the processing in steps S120 to S140 described above, the time increment in one time step called USAVG is halved, and the strain, stress, and density of the particle are calculated in two steps. You can also take a method. This will be briefly described below with reference to FIG.

図9に示すステップS200における初期条件の設定、ステップS210における粒子位置に係る諸計算の処理は、上記したステップS100、S110の処理と同様である。USAVGでは、まず、ステップS220において、節点の速度を算出する。   The initial condition setting in step S200 shown in FIG. 9 and various calculation processes related to the particle position in step S210 are the same as the processes in steps S100 and S110 described above. In USAVG, first, in step S220, the velocity of the node is calculated.

ステップS220では、まず、節点の質量m(k)を前述の式(20)により算出した後、次式により、節点の速度を算出する。
これは、前述のステップS130で節点の速度(第2の速度)を求めたのと同様の処理である。
In step S220, first, the mass m i (k) of the node is calculated by the above equation (20), and then the velocity of the node is calculated by the following equation.
This is the same processing as that for obtaining the node speed (second speed) in step S130 described above.

次に、ステップ230で、粒子のひずみ増分Δεij p(k)を、次式から算出する。
これは、前述のステップS130で粒子のひずみ増分を求めたのと同様の処理である。
Next, in step 230, the particle strain increment Δε ij p (k) is calculated from the following equation.
This is the same processing as that for obtaining the particle strain increment in step S130 described above.

次に、ステップS240において、粒子のひずみ増分より、時刻ステップk+1/2における粒子のひずみ、応力、密度をそれぞれ算出する。   Next, in step S240, the particle strain, stress, and density at time step k + 1/2 are calculated from the particle strain increment.

まず、粒子の応力増分Δσij p(k)を次式で算出する。
また、粒子のひずみを次式で算出し、更新する。
そして、粒子の応力を次式で算出する。
ここで、
である。
さらに、粒子の密度が次式で算出される。
以上の処理は、前述のステップS140における処理と同様の処理である。
First, the particle stress increment Δσ ij p (k) is calculated by the following equation.
Also, the strain of the particle is calculated by the following formula and updated.
And the stress of particle | grains is computed by following Formula.
here,
It is.
Further, the density of the particles is calculated by the following formula.
The above process is the same as the process in step S140 described above.

ステップS250では、要素領域内において、節点力を算出し、節点の質量と節点力より節点の加速度を算出し、節点の加速度より節点の第1の速度を算出する。   In step S250, the nodal force is calculated in the element region, the nodal acceleration is calculated from the nodal mass and the nodal force, and the first velocity of the nodal is calculated from the nodal acceleration.

まず、内力としての節点力f int(k+1)を粒子の質量、応力、密度を基に勾配関数Gnipを用いて次式
で算出し、外力としての節点力f ext(k+1)をMPMにおける体積力b(k+1)と接触力τ(k+1)を用いて次式
で算出する。ここで、
である。次に、節点の質量と節点力を基に次式に示す節点の運動方程式
で節点の加速度a(k+1)を求める。最後に、節点の加速度を基に次ステップk+1での節点の第1の速度v(k+1)を、
により算出する。以上の処理は、前述したステップS120の処理に対応する。
First, the mass of nodal force f i int (k + 1) particles as an internal force, stress, by using a gradient function G an nip based on the density equation
The nodal force f i ext (k + 1) as an external force is calculated by using the bulk force b i (k + 1) and the contact force τ i (k + 1) in the MPM as follows:
Calculate with here,
It is. Next, based on the mass of the node and the nodal force,
To obtain the acceleration a i (k + 1) of the node. Finally, based on the acceleration of the node, the first velocity v i (k + 1) of the node at the next step k + 1 is
Calculated by The above processing corresponds to the processing in step S120 described above.

次に、ステップS260において、粒子の位置、速度、ひずみ増分を算出する。   Next, in step S260, the position, velocity, and strain increment of the particle are calculated.

ステップS260では、まず、粒子の位置X(k+1)を、節点の第1の速度を基に内挿関数を用いて次式で算出し、更新する。
また、節点の加速度を基に内挿関数を用いて粒子の速度v(k+1)を次式で算出し、更新する。
さらに、Sulskyにより提案された速度vi(k+1)の平滑化を行い、節点の速度(第2の速度)vi(k+1)を次式で再び求める。即ち、節点の速度(第2の速度)を、粒子の質量、速度、節点の質量を基に内挿関数を用いて次式で算出、更新する。
最後に、粒子のひずみ増分Δεij p(k+1)を、節点の速度を基に、勾配関数を用いて次式から算出する。
以上の処理は、前述したステップS130の処理に対応する。
In step S260, first, the particle position X p (k + 1) is calculated by the following equation using the interpolation function based on the first velocity of the node and updated.
Further, the velocity v p (k + 1) of the particle is calculated by the following equation using the interpolation function based on the acceleration of the node, and is updated.
Further, smoothing of the velocity v i (k + 1) proposed by Sulsky is performed, and the node velocity (second velocity) v i (k + 1) is obtained again by the following equation. That is, the velocity of the node (second velocity) is calculated and updated by the following equation using an interpolation function based on the mass, velocity, and mass of the particle.
Finally, the particle strain increment Δε ij p (k + 1) is calculated from the following equation using the gradient function based on the nodal velocity.
The above processing corresponds to the processing in step S130 described above.

続いて、ステップS270において、粒子のひずみ増分を基に粒子のひずみ、応力、密度を再び算出し、更新する。   Subsequently, in step S270, the strain, stress, and density of the particle are calculated again based on the increment of the strain of the particle and updated.

ステップS270では、まず、物体の剛性マトリックスTijklを用いて粒子のひずみ増分を基に粒子の応力増分Δσij p(k+1)を次式で算出する。
また、粒子のひずみεij p(k+1)を、粒子のひずみ増分を基に次式で算出し、更新する。
また、粒子の応力σij p(k+1)を粒子の応力増分を基に算出し更新する。粒子pの応力σij p(k+1)は先程と同様、次式で算出され、更新される。
ここで
である。また、粒子の密度ρ(k+1)が、粒子のひずみ増分を用いて次式で算出され、更新される。
以上の処理は、前述したステップS140の処理に対応する。
In step S270, first, the particle stress increment Δσ ij p (k + 1) is calculated by the following equation based on the particle strain increment using the object stiffness matrix T ijkl .
Also, the particle strain ε ij p (k + 1) is calculated by the following formula based on the particle strain increment and updated.
The particle stress σ ij p (k + 1) is calculated and updated based on the particle stress increment. The stress σ ij p (k + 1) of the particle p is calculated by the following equation and updated as in the previous case.
here
It is. Further, the particle density ρ p (k + 1) is calculated by the following equation using the particle strain increment and updated.
The above processing corresponds to the processing in step S140 described above.

以降、全時刻ステップでの計算を終えるまで(ステップS280のNo)、時刻ステップ数kの値をインクリメントし(ステップS290)、ステップS210に戻って次の時刻暦計算を行う。この処理の過程で、各粒子のもつラグランジュ変数である粒子情報が更新される。このようにして予め定めた時刻ステップ数だけ時刻暦計算を繰り返して時刻暦計算を終了すると(ステップS280のYes)、地盤解析を終了し、表示部に位置、ひずみ、応力等、各粒子についての諸値を色分けするなどして表示する。   Thereafter, until the calculation for all time steps is completed (No in step S280), the value of the time step number k is incremented (step S290), and the process returns to step S210 to perform the next time calendar calculation. In the course of this processing, particle information that is a Lagrangian variable of each particle is updated. In this way, when the time calendar calculation is repeated by the predetermined number of time steps to finish the time calendar calculation (Yes in step S280), the ground analysis is ended, and the position, strain, stress, etc. of each particle such as position, strain, stress, etc. are displayed on the display unit. Various values are displayed in different colors.

次に、本実施形態のMPMによる解析手法を地盤解析に用いる際の、水圧の考慮について説明する。MPMを地盤解析に用いるには、これを水圧を考慮したものとすることにより、例えば液状化現象や浸透流など、地下水の挙動を解析に取り込むことが可能になる。   Next, consideration of water pressure when using the MPM analysis method of the present embodiment for ground analysis will be described. In order to use MPM for ground analysis, considering the water pressure, it becomes possible to incorporate groundwater behavior such as liquefaction and osmotic flow into the analysis.

以下に示すu−P形式で表したダルシー則方程式においては、使用する流速の項において、加速度項はとりのぞいた方が計算が安定しているとされている。
ここで、kは透水係数、gは重力加速度、nは間隙率、kは水の体積弾性係数、ρは水の密度を示す。非排水を仮定すると透水に関する加速度がなくなり、
となる。さらに水は弾性体であることを考慮すると、式(60)を時間に関して積分し、
と表せる。ただしt=0で、εν=0、P=0とする。ενは体積ひずみであり、粒子のひずみより求めることができる。
In the Darcy's law equation expressed in the u-P format shown below, it is said that the calculation is more stable when the acceleration term is removed from the term of the flow velocity used.
Here, k is permeability, g is the gravitational acceleration, n represents porosity, k f is the bulk modulus of the water, the [rho f shows the density of water. Assuming non-drainage, there is no acceleration related to water permeability,
It becomes. Furthermore, considering that water is an elastic body, equation (60) is integrated with respect to time,
It can be expressed. However, t = 0, εν = 0, and P = 0. εν is a volume strain and can be obtained from the strain of particles.

ここで、MPMにおいて、粒子のひずみまたは粒子のひずみ増分より水圧を求めることができる。水圧は、節点力を求める際に内力として含めることができる。例えば上記のUSAVGにおいては、上記のステップS240において時刻ステップk+1/2における粒子のひずみを求めた後、次式
により時刻ステップk+1/2における水圧P(k+1/2)を算出するか、あるいは、上記のステップS230において算出した粒子のひずみ増分を用いて、次式
で水圧P(k+1/2)を算出し更新する。これらの水圧はRAM等に記憶する。ステップS250では、発生した水圧を次式で節点の内力に含めるとよい。
即ち、上記説明した通常のUSAVGにP(k+1/2)の項を加える。ここで、δnmはクロネッカーのデルタを表す。
Here, in the MPM, the water pressure can be obtained from the particle strain or the particle strain increment. The water pressure can be included as an internal force when determining the nodal force. For example, in the above-mentioned USAVG, after obtaining the particle strain at the time step k + 1/2 in the above step S240,
The water pressure P (k + 1/2) at time step k + 1/2 is calculated by the following equation, or the particle strain increment calculated in step S230 is used to calculate
To calculate and update the water pressure P (k + 1/2). These water pressures are stored in a RAM or the like. In step S250, the generated water pressure may be included in the internal force of the node by the following equation.
That is, the term P (k + 1/2) is added to the normal USAVG described above. Here, δ nm represents the Kronecker delta.

水の弾性係数kが十分に大きいと土の体積trεはほぼゼロとなり、体積変化の発生しない計算になる。FEMでは要素の中心点で平均主応力と水圧を評価することで、非線形解析に使用する応力と水圧の評価点を一致させているが、粒子法においては、応力の評価点は粒子上であるが、水圧の評価点を粒子の位置によらず要素領域の中心位置にすることで、すべての粒子において式(61)で示される状態を維持することが可能となる。具体的には、ひずみ計算と内力計算において体積ひずみεのみ要素領域の中心で計算する選択積分となる。 Modulus k f is sufficiently large and the volume trε soil water becomes almost zero, the calculation does not occur in the volume change. In FEM, the average principal stress and water pressure are evaluated at the center point of the element to match the stress and water pressure evaluation points used for nonlinear analysis. In the particle method, the stress evaluation point is on the particle. However, by setting the evaluation point of the water pressure to the center position of the element region regardless of the position of the particles, it is possible to maintain the state represented by the formula (61) in all the particles. Specifically, in the strain calculation and the internal force calculation, only the volume strain ε V is a selective integration that is calculated at the center of the element region.

次に、粒子法による解析手法を地盤解析に用いる際の、動的解析への拡張について説明する。例えば、本実施形態の地盤変形解析方法では、下方向の粘性境界の設定を行うことができる。下方向の粘性境界は、図10(a)に示すようなダッシュポットを節点に付ける、即ち次式を節点の運動方程式として用いることで表現される。ダッシュポットにおいては、地震加速度a”、重力加速度g、相対加速度u”、バネ定数kとすると運動方程式は下記となる。
本実施形態においては、必要な節点については節点の運動方程式として上式(65)を用いることができる。前述のフローにおいては、上式の相対加速度を基に節点の第1の速度を求める流れとなる。
Next, the extension to the dynamic analysis when the analysis method by the particle method is used for the ground analysis will be described. For example, in the ground deformation analysis method of the present embodiment, a downward viscous boundary can be set. The downward viscous boundary is expressed by attaching a dashpot as shown in FIG. 10A to a node, that is, using the following equation as the equation of motion of the node. In the dashpot, the equation of motion is as follows, assuming that the earthquake acceleration a ″, the gravitational acceleration g, the relative acceleration u ″, and the spring constant k.
In the present embodiment, for the necessary nodes, the above equation (65) can be used as the equation of motion of the nodes. In the above-described flow, the first velocity of the nodal point is obtained based on the above-described relative acceleration.

また、粘性境界の節点については、図10(b)に示すように、
により節点の内力が求められる。図10(b)に関して、Rは反力であり、節点1での反力がRである。上記した初期応力時にはf intとRはつり合っているので作用力がゼロとなり節点は移動しない。
As for the nodes of the viscous boundary, as shown in FIG.
The internal force of the node is calculated by In FIG. 10B, R i is a reaction force, and the reaction force at the node 1 is R 1 . At the initial stress described above, f i int and R i are balanced, so that the acting force becomes zero and the node does not move.

従って、粘性境界による作用力は、図10(c)に示すように、動的な応力変化分(σ−σ)より求まるので、粘性境界の必要な節点では、初期応力と重力分をとりのぞいた、応力変化分を作用力として算出される粘性力が運動方程式において節点の内力に加わる。 Therefore, as shown in FIG. 10C, the acting force due to the viscous boundary is obtained from the dynamic stress change (σ−σ i ). Therefore, at the nodes where the viscous boundary is required, the initial stress and the gravity are taken. The viscous force calculated using the stress change as the applied force is added to the internal force of the node in the equation of motion.

このほか、地盤の固定境界については、所定の要素領域の底面の節点において、前述のフローにおける速度v、加速度aを0とすることで表現できる。 In addition, the fixed boundary of the ground can be expressed by setting the velocity v i and acceleration a i in the above-mentioned flow to 0 at the node of the bottom surface of the predetermined element region.

さらに、側面境界条件として、要素領域を指定して、当該要素領域内で粒子の移動できない方向を指定することもできる。各要素領域内の粒子の移動について、例えばZ方向(上下方向)への移動不可を設定し、Z方向の粒子位置を固定すると粒子は上下に移動しなくなる。粒子の移動を強制的にゼロとしているので、移動している場合と同じひずみが発生し応力を発生するが、粒子がとどまることにより接触力に伴う周辺粒子への反力を発生する。   Furthermore, an element region can be specified as a side boundary condition, and a direction in which particles cannot move within the element region can be specified. As for the movement of particles in each element region, for example, if the movement in the Z direction (up and down direction) is set and the particle position in the Z direction is fixed, the particles do not move up and down. Since the movement of the particles is forcibly set to zero, the same strain as that when moving is generated and a stress is generated. However, the particles remain, and a reaction force to the surrounding particles due to the contact force is generated.

また、各節点にレイリー減衰を作用させることができる。レイリー減衰の場合は、質量行列と剛性行列それぞれに係数α、βを掛けた値の減衰行列をもつダッシュポットを模した運動方程式を節点の加速度の算出に用いる。例えば上記のUSAVGの場合では、k+1/2ステップで次式のいずれかを節点の内力として運動方程式を解くことができる。
ここで、Dは剛性行列を表す。
Also, Rayleigh attenuation can be applied to each node. In the case of Rayleigh damping, an equation of motion simulating a dashpot having a damping matrix with values obtained by multiplying the mass matrix and the stiffness matrix by coefficients α and β is used for calculating the acceleration of the node. For example, in the case of the above-mentioned USAVG, the equation of motion can be solved by using any one of the following equations as the internal force of the node in k + 1/2 steps.
Here, D represents a stiffness matrix.

次に、本地盤解析装置により、3次元MPMを用いた解析例を示す。図11は、本地盤解析装置により乾燥砂の流動の3次元解析を行った例である。図11(a)は流動前の状態、図11(b)は流動発生5秒経過後の状態、図11(c)は流動後の状態を示す。スリットから流れ出る乾燥砂の流動の様子を3次元上で再現できていることがわかる。   Next, an example of analysis using a three-dimensional MPM by the ground analysis apparatus will be shown. FIG. 11 shows an example in which a three-dimensional analysis of the flow of dry sand is performed by the ground analysis apparatus. FIG. 11 (a) shows a state before flow, FIG. 11 (b) shows a state after 5 seconds of flow generation, and FIG. 11 (c) shows a state after flow. It can be seen that the flow of dry sand flowing out of the slit can be reproduced in three dimensions.

一方、図12は、本地盤変形解析装置により、斜面の大変形に関する3次元動的解析を行った例で、斜面が地震動を受ける際の大変形挙動について、地盤の変形とともに最大せん断ひずみを示したものである。図12(a)〜(c)は斜面勾配が緩やかな場合であり、図12(a)は崩壊前の状態、図12(b)は崩壊開始0.5秒経過した状態、図12(c)は崩壊後の状態を示す。また、図13(a)〜(c)は斜面勾配が急な場合であり、図13(a)は崩壊前の状態、図13(b)は崩壊開始0.5秒経過した状態、図13(c)は崩壊後の状態を示す。斜面勾配の大きさによって、斜面の大変形挙動が異なることが示されている。斜面勾配が緩やかな場合では,斜面土塊が緩速に変形し,斜面勾配が急な場合では急速に挙動する様子が再現できていることがわかる。   On the other hand, Fig. 12 shows an example of three-dimensional dynamic analysis of large deformation of the slope using this ground deformation analysis device, and shows the maximum shear strain as well as the ground deformation for the large deformation behavior when the slope receives earthquake motion. It is a thing. 12 (a) to 12 (c) show cases where the slope gradient is gentle, FIG. 12 (a) shows the state before the collapse, FIG. 12 (b) shows the state after 0.5 seconds from the start of the collapse, and FIG. ) Shows the state after collapse. FIGS. 13A to 13C show a case where the slope is steep, FIG. 13A is a state before the collapse, FIG. 13B is a state where 0.5 seconds have passed since the collapse, FIG. (C) shows the state after collapse. It is shown that the large deformation behavior of the slope differs depending on the slope gradient. It can be seen that when the slope gradient is gentle, the slope mass is deformed slowly, and when the slope slope is steep, it behaves rapidly.

以上、添付図面を参照しながら、本発明に係る地盤変形解析装置等の好適な実施形態について説明したが、本発明はかかる例に限定されない。当業者であれば、本願で開示した技術的思想の範疇内において、各種の変更例又は修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。   The preferred embodiments of the ground deformation analysis apparatus and the like according to the present invention have been described above with reference to the accompanying drawings, but the present invention is not limited to such examples. It will be apparent to those skilled in the art that various changes or modifications can be conceived within the scope of the technical idea disclosed in the present application, and these naturally belong to the technical scope of the present invention. Understood.

1………地盤変形解析装置
100………粒子
105………要素
110………粒子情報
120………節点
1 ... Ground deformation analysis device 100 ... Particle 105 ... Element 110 ... Particle information 120 ... Node

Claims (7)

地盤の変形解析を粒子法を用いて行う地盤変形解析装置であって、
立体形状を有する要素領域に関する要素情報として、少なくとも前記要素領域の識別情報、前記要素領域を形成する節点の位置を記憶し、粒子に関する粒子情報として、少なくとも粒子の識別情報、粒子の位置する要素領域の識別情報、位置、質量、密度、応力を記憶する記憶手段と、
前記粒子の位置と要素情報に基づき、前記粒子が、前記立体形状を有する要素領域の一面に対し、前記一面を形成する所定の節点を原点とし、前記一面を形成し前記節点の隣に位置する2つの節点のそれぞれへ向かう2つのベクトルの外積で示される方向に位置するかを判定し、前記要素領域の全ての面について前記粒子が前記外積で示される方向に位置する場合に、前記粒子の位置する要素領域として前記要素領域を算出し、前記要素領域内の前記粒子の数を算出する初期要素領域算出手段と、
内挿関数を用いて前記粒子の質量を基に前記節点の初期節点力を算出し、勾配関数を用いて前記節点の初期節点力、前記粒子の質量、密度を基に前記粒子の初期鉛直方向応力を算出し、前記粒子の初期鉛直方向応力を基に前記粒子の初期応力を算出する初期応力算出手段と、
前記要素領域内について、内挿関数を用いて前記粒子の質量を基に前記節点の質量を算出し、内挿関数および勾配関数を用いて前記粒子の質量、密度、応力を基に前記節点の節点力を算出し、前記節点の質量と前記節点の節点力を基に前記節点の加速度を算出し、前記節点の加速度を基に前記節点の第1の速度を算出する節点速度算出手段と、
前記要素領域内について、内挿関数を用いて前記節点の第1の速度を基に前記粒子の位置を算出し、内挿関数を用いて前記節点の加速度を基に前記粒子の速度を算出し、勾配関数を用いて前記粒子の速度を基に前記粒子のひずみ増分を算出する位置・ひずみ増分算出手段と、
前記要素領域内について、前記粒子のひずみ増分を基に前記粒子のひずみ、応力、密度を算出するひずみ・応力・密度算出手段と、
前記粒子の位置と前記要素情報を基に、前記粒子の平面位置に対応し最も下方に位置する要素領域の底面の鉛直方向座標と前記要素領域の鉛直方向の長さから、前記粒子が位置するとする要素領域を算出し、前記粒子が前記要素領域の外にある場合には、前記粒子の位置を、前記粒子の位置に応じて、前記要素領域の外面上の所定の位置へと変換する要素領域算出手段と、
を具備することを特徴とする地盤変形解析装置。
A ground deformation analysis device for performing ground deformation analysis using a particle method,
At least the identification information of the element region and the position of the node forming the element region are stored as element information related to the element region having a three-dimensional shape, and at least the particle identification information and the element region where the particle is positioned as particle information about the particle Storage means for storing the identification information, position, mass, density, stress of
Based on the position of the particle and element information, the particle is located adjacent to the nodal point, with the nodal point forming the one surface as the origin and the one side forming the one surface with respect to the one side of the element region having the three-dimensional shape. A determination is made as to whether the particle is located in the direction indicated by the outer product of two vectors going to each of the two nodes, and if the particle is located in the direction indicated by the outer product for all faces of the element region, An initial element region calculating means for calculating the element region as a positioned element region, and calculating the number of the particles in the element region;
The initial nodal force of the node is calculated based on the mass of the particle using an interpolation function, and the initial vertical direction of the particle based on the initial nodal force of the node, the mass of the particle, and the density using a gradient function. Initial stress calculating means for calculating stress and calculating initial stress of the particle based on initial vertical stress of the particle;
For the element region, the interpolation function is used to calculate the mass of the node based on the mass of the particle, and the interpolation function and the gradient function are used to calculate the mass of the node based on the mass, density, and stress of the particle. A nodal velocity calculating means for calculating a nodal force, calculating an acceleration of the nodal based on the mass of the nodal point and the nodal force of the nodal point, and calculating a first velocity of the nodal based on the acceleration of the nodal point;
For the element region, the position of the particle is calculated based on the first velocity of the node using an interpolation function, and the velocity of the particle is calculated based on the acceleration of the node using an interpolation function. A position / strain increment calculating means for calculating a strain increment of the particle based on the velocity of the particle using a gradient function;
For the element region, strain / stress / density calculating means for calculating strain, stress, density of the particle based on strain increment of the particle;
Based on the position of the particle and the element information, when the particle is located from the vertical coordinate of the bottom surface of the element region corresponding to the planar position of the particle and the vertical length of the element region An element region to be calculated, and when the particle is outside the element region, the position of the particle is converted to a predetermined position on the outer surface of the element region according to the position of the particle Area calculation means;
A ground deformation analysis apparatus comprising:
前記粒子のひずみまたは前記粒子のひずみ増分を用いて、水圧を算出する水圧算出手段を更に具備することを特徴とする請求項1に記載の地盤変形解析装置。   The ground deformation analysis apparatus according to claim 1, further comprising a water pressure calculation unit configured to calculate a water pressure using the strain of the particles or the strain increment of the particles. 前記節点速度算出手段は、一部の節点について、ダッシュポットを模した運動方程式により前記節点の加速度を算出することを特徴とする請求項1または請求項2に記載の地盤変形解析装置。   The ground deformation analysis apparatus according to claim 1 or 2, wherein the nodal velocity calculating means calculates an acceleration of the nodal point using a motion equation simulating a dashpot for some of the nodal points. 立体形状を有する要素領域に関する要素情報として、少なくとも前記要素領域の識別情報、前記要素領域を形成する節点の位置を記憶し、粒子に関する粒子情報として、少なくとも粒子の識別情報、粒子の位置する要素領域の識別情報、位置、質量、密度、応力を記憶する記憶手段を有し、地盤の変形解析を粒子法を用いて行う情報処理装置が、
前記粒子の位置と要素情報に基づき、前記粒子が、前記立体形状を有する要素領域の一面に対し、前記一面を形成する所定の節点を原点とし、前記一面を形成し前記節点の隣に位置する2つの節点のそれぞれへ向かう2つのベクトルの外積で示される方向に位置するかを判定し、前記要素領域の全ての面について前記粒子が前記外積で示される方向に位置する場合に、前記粒子の位置する要素領域として前記要素領域を算出し、前記要素領域内の前記粒子の数を算出する初期要素領域算出ステップと、
内挿関数を用いて前記粒子の質量を基に前記節点の初期節点力を算出し、勾配関数を用いて前記節点の初期節点力、前記粒子の質量、密度を基に前記粒子の初期鉛直方向応力を算出し、前記粒子の初期鉛直方向応力を基に前記粒子の初期応力を算出する初期応力算出ステップと、
前記要素領域内について、内挿関数を用いて前記粒子の質量を基に前記節点の質量を算出し、内挿関数および勾配関数を用いて前記粒子の質量、密度、応力を基に前記節点の節点力を算出し、前記節点の質量と前記節点の節点力を基に前記節点の加速度を算出し、前記節点の加速度を基に前記節点の第1の速度を算出する節点速度算出ステップと、
前記要素領域内について、内挿関数を用いて前記節点の第1の速度を基に前記粒子の位置を算出し、内挿関数を用いて前記節点の加速度を基に前記粒子の速度を算出し、勾配関数を用いて前記粒子の速度を基に前記粒子のひずみ増分を算出する位置・ひずみ増分算出ステップと、
前記要素領域内について、前記粒子のひずみ増分を基に前記粒子のひずみ、応力、密度を算出するひずみ・応力・密度算出ステップと、
前記粒子の位置と前記要素情報を基に、前記粒子の平面位置に対応し最も下方に位置する要素領域の底面の鉛直方向座標と前記要素領域の鉛直方向の長さから、前記粒子が位置するとする要素領域を算出し、前記粒子が前記要素領域の外にある場合には、前記粒子の位置を、前記粒子の位置に応じて、前記要素領域の外面上の所定の位置へと変換する要素領域算出ステップと、
を具備することを特徴とする地盤変形解析方法。
At least the identification information of the element region and the position of the node forming the element region are stored as element information related to the element region having a three-dimensional shape, and at least the particle identification information and the element region where the particle is positioned as particle information about the particle An information processing apparatus having storage means for storing identification information, position, mass, density, and stress, and performing ground deformation analysis using a particle method,
Based on the position of the particle and element information, the particle is located adjacent to the nodal point, with the nodal point forming the one surface as the origin and the one side forming the one surface with respect to the one side of the element region having the three-dimensional shape. A determination is made as to whether the particle is located in the direction indicated by the outer product of two vectors going to each of the two nodes, and if the particle is located in the direction indicated by the outer product for all faces of the element region, An initial element region calculating step of calculating the element region as a positioned element region and calculating the number of the particles in the element region;
The initial nodal force of the node is calculated based on the mass of the particle using an interpolation function, and the initial vertical direction of the particle based on the initial nodal force of the node, the mass of the particle, and the density using a gradient function. Calculating an initial stress of the particle based on the initial vertical stress of the particle;
For the element region, the interpolation function is used to calculate the mass of the node based on the mass of the particle, and the interpolation function and the gradient function are used to calculate the mass of the node based on the mass, density, and stress of the particle. Calculating a nodal force, calculating an acceleration of the nodal based on the mass of the nodal point and the nodal force of the nodal point, and calculating a first velocity of the nodal based on the acceleration of the nodal point; and
For the element region, the position of the particle is calculated based on the first velocity of the node using an interpolation function, and the velocity of the particle is calculated based on the acceleration of the node using an interpolation function. A position / strain increment calculating step of calculating a strain increment of the particle based on the velocity of the particle using a gradient function;
For the element region, a strain / stress / density calculation step for calculating strain, stress, and density of the particle based on strain increment of the particle;
Based on the position of the particle and the element information, when the particle is located from the vertical coordinate of the bottom surface of the element region corresponding to the planar position of the particle and the vertical length of the element region An element region to be calculated, and when the particle is outside the element region, the position of the particle is converted to a predetermined position on the outer surface of the element region according to the position of the particle Region calculation step;
A ground deformation analysis method comprising:
前記情報処理装置が、前記粒子のひずみまたは前記粒子のひずみ増分を用いて、水圧を算出する水圧算出ステップを更に行うことを特徴とする請求項4に記載の地盤変形解析方法。   The ground deformation analysis method according to claim 4, wherein the information processing apparatus further performs a water pressure calculating step of calculating a water pressure using the strain of the particles or the strain increase of the particles. 前記節点速度算出ステップでは、一部の節点について、ダッシュポットを模した運動方程式により前記節点の加速度を算出することを特徴とする請求項4または請求項5に記載の地盤変形解析方法。   6. The ground deformation analysis method according to claim 4, wherein, in the nodal velocity calculating step, acceleration of the nodal point is calculated for a part of the nodal points using an equation of motion simulating a dashpot. 情報処理装置を、請求項1から請求項3のいずれかに記載の地盤変形解析装置として機能させるためのプログラム。   A program for causing an information processing device to function as the ground deformation analysis device according to any one of claims 1 to 3.
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