JP2021131766A - Magnetic field analysis method, magnetic field analysis device, and program - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、磁場解析方法、磁場解析装置、及びプログラムに関する。 The present invention relates to a magnetic field analysis method, a magnetic field analyzer, and a program.
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として、分子動力学法をマクロスケールの系を扱えるように発展させた繰り込み群分子動力学法に基づくシミュレーションが知られている(例えば、特許文献1参照)。分子動力学法のような粒子法は静的な現象だけでなく流れなどの動的な現象をも取り扱えるので、主に静的な現象を解析対象とする有限要素法などに代わるシミュレーション手法として注目されている。例えば、各粒子に磁気モーメントを付与し、各粒子の球対称性に基づく厳密解を利用して磁気的な物理量を演算することで、比較的精度の高いシミュレーション結果を高速に得ることのできる磁気ビーズ法が提案されている(例えば、特許文献2参照)。 Simulation based on the transfer group molecular dynamics method, which is a development of the molecular dynamics method to handle macroscale systems, as a method for exploring the phenomena of material science in general using a computer based on classical mechanics and quantum mechanics. Is known (see, for example, Patent Document 1). Since the particle method such as the molecular dynamics method can handle not only static phenomena but also dynamic phenomena such as flow, it is attracting attention as an alternative simulation method to the finite element method that mainly analyzes static phenomena. Has been done. For example, by applying a magnetic moment to each particle and calculating a magnetic physical quantity using an exact solution based on the spherical symmetry of each particle, it is possible to obtain relatively accurate simulation results at high speed. The bead method has been proposed (see, for example, Patent Document 2).
上述の磁気ビーズ法では、対象物を複数個の要素に分割し、各要素を球形状の粒子とみなして球対称性に基づく厳密解を利用して磁場を演算している。このとき、対象物を複数の粒子で充填させようとすると粒子間に隙間が生じるため、その隙間や球形状の粒子に起因する誤差が生じ得る。計算精度を高めるために、対象物を立方体などの多面体要素で隙間なく分割し、かつ計算時間の短縮化を図ることが可能な手法が提案されている(例えば、特許文献3参照)。 In the above-mentioned magnetic bead method, an object is divided into a plurality of elements, each element is regarded as a spherical particle, and a magnetic field is calculated using an exact solution based on spherical symmetry. At this time, if the object is to be filled with a plurality of particles, a gap is generated between the particles, so that an error due to the gap or the spherical particles may occur. In order to improve the calculation accuracy, a method has been proposed in which an object can be divided by polyhedral elements such as a cube without gaps and the calculation time can be shortened (see, for example, Patent Document 3).
磁気ビーズ法を用いた磁場解析において、一般的に反復法が用いられる。磁気ビーズ法に用いられる反復法では、磁場解析モデルの各粒子に磁化を付与し、各粒子内の評価点における磁場を最適解に収束させる運動方程式を数値的に反復計算して解く。この反復計算の計算時間を短縮することが望まれている。 In magnetic field analysis using the magnetic bead method, the iterative method is generally used. In the iterative method used in the magnetic bead method, magnetization is applied to each particle of the magnetic field analysis model, and the equation of motion that converges the magnetic field at the evaluation point in each particle to the optimum solution is numerically iteratively calculated and solved. It is desired to reduce the calculation time of this iterative calculation.
本発明の目的は、反復法を用いて磁場を求めるための反復計算の計算時間を短縮することが可能な磁場解析方法、磁場解析装置、及びプログラムを提供することである。 An object of the present invention is to provide a magnetic field analysis method, a magnetic field analyzer, and a program capable of shortening the calculation time of the iterative calculation for obtaining a magnetic field by using an iterative method.
本発明の一観点によると、
複数の多面体要素に分割された解析モデルの、前記複数の多面体要素の各々の内部の評価点の磁場を反復法により計算する磁場解析方法であって、
反復計算の1つのタイムステップが、
前記複数の評価点の各々の現時点の磁場を表す第1磁場ベクトルに基づいて、1タイムステップ経過後の前記複数の評価点の各々の磁場を表す第2磁場ベクトルを求める手順と、
前記第1磁場ベクトルから前記第2磁場ベクトルまでの磁場の変化を表すベクトルである磁場変化ベクトルを求める手順と、
現時点のタイムステップで求めた前記磁場変化ベクトルと、直前のタイムステップで求めた前記磁場変化ベクトルとのなす角度が90°未満のときに、現時点のタイムステップで求めた前記磁場変化ベクトルの向きを変えず、大きさを大きくしたベクトルを、前記第1磁場ベクトルに加えたベクトルを、次のタイムステップにおいて用いる前記第1磁場ベクトルとして設定する手順と
を含む磁場解析方法が提供される。
According to one aspect of the invention
This is a magnetic field analysis method for calculating the magnetic field of the evaluation points inside each of the plurality of polyhedral elements of the analysis model divided into a plurality of polyhedral elements by the iterative method.
One time step of iterative calculation is
A procedure for obtaining a second magnetic field vector representing each magnetic field of the plurality of evaluation points after one time step elapses based on a first magnetic field vector representing the current magnetic field of each of the plurality of evaluation points.
A procedure for obtaining a magnetic field change vector, which is a vector representing a change in a magnetic field from the first magnetic field vector to the second magnetic field vector, and
When the angle between the magnetic field change vector obtained in the current time step and the magnetic field change vector obtained in the immediately preceding time step is less than 90 °, the direction of the magnetic field change vector obtained in the current time step is determined. A magnetic field analysis method is provided that includes a procedure of adding a vector whose magnitude has been increased without changing it to the first magnetic field vector and setting the vector as the first magnetic field vector to be used in the next time step.
本発明の他の観点によると、
複数の多面体要素に分割された解析モデルの、前記複数の多面体要素の各々の内部の評価点の磁場を反復法により計算する磁場演算部を有する磁場解析装置であって、
前記磁場演算部は、反復計算の1つのタイムステップにおいて、
前記複数の評価点の各々の現時点の磁場を表す第1磁場ベクトルに基づいて、1タイムステップ経過後の前記複数の評価点の各々の磁場を表す第2磁場ベクトルを求める手順と、
前記第1磁場ベクトルから前記第2磁場ベクトルまでの磁場の変化を表すベクトルである磁場変化ベクトルを求める手順と、
現時点のタイムステップで求めた前記磁場変化ベクトルと、直前のタイムステップで求めた前記磁場変化ベクトルとのなす角度が90°未満のときに、現時点のタイムステップで求めた前記磁場変化ベクトルの向きを変えず、大きさを大きくしたベクトルを、前記第1磁場ベクトルに加えたベクトルを、次のタイムステップにおいて用いる前記第1磁場ベクトルとして設定する手順と
を実行する磁場解析装置が提供される。
According to another aspect of the invention
A magnetic field analyzer having a magnetic field calculation unit that calculates the magnetic field of the evaluation point inside each of the plurality of polyhedral elements by an iterative method of an analysis model divided into a plurality of polyhedral elements.
The magnetic field calculation unit is used in one time step of the iterative calculation.
A procedure for obtaining a second magnetic field vector representing each magnetic field of the plurality of evaluation points after one time step elapses based on a first magnetic field vector representing the current magnetic field of each of the plurality of evaluation points.
A procedure for obtaining a magnetic field change vector, which is a vector representing a change in a magnetic field from the first magnetic field vector to the second magnetic field vector, and
When the angle between the magnetic field change vector obtained in the current time step and the magnetic field change vector obtained in the immediately preceding time step is less than 90 °, the direction of the magnetic field change vector obtained in the current time step is determined. Provided is a magnetic field analyzer that executes a procedure of adding a vector whose magnitude has been increased without changing it to the first magnetic field vector and setting the vector as the first magnetic field vector to be used in the next time step.
本発明のさらに他の観点によると、
複数の多面体要素に分割された解析モデルの、前記複数の多面体要素の各々の内部の評価点の磁場を反復法により計算する手順をコンピュータに実行させるプログラムであって、
反復計算の1つのタイムステップにおいて、
前記複数の評価点の各々の現時点の磁場を表す第1磁場ベクトルに基づいて、1タイムステップ経過後の前記複数の評価点の各々の磁場を表す第2磁場ベクトルを求める手順と、
前記第1磁場ベクトルから前記第2磁場ベクトルまでの磁場の変化を表すベクトルである磁場変化ベクトルを求める手順と、
現時点のタイムステップで求めた前記磁場変化ベクトルと、直前のタイムステップで求めた前記磁場変化ベクトルとのなす角度が90°未満のときに、現時点のタイムステップで求めた前記磁場変化ベクトルの向きを変えず、大きさを大きくしたベクトルを、前記第1磁場ベクトルに加えたベクトルを、次のタイムステップにおいて用いる前記第1磁場ベクトルとして設定する手順と
をコンピュータに実行させるプログラムが提供される。
According to yet another aspect of the invention.
A program that causes a computer to execute a procedure of calculating the magnetic field of the evaluation point inside each of the plurality of polyhedral elements by the iterative method of the analysis model divided into a plurality of polyhedral elements.
In one time step of iterative calculation
A procedure for obtaining a second magnetic field vector representing each magnetic field of the plurality of evaluation points after one time step elapses based on a first magnetic field vector representing the current magnetic field of each of the plurality of evaluation points.
A procedure for obtaining a magnetic field change vector, which is a vector representing a change in a magnetic field from the first magnetic field vector to the second magnetic field vector, and
When the angle between the magnetic field change vector obtained in the current time step and the magnetic field change vector obtained in the immediately preceding time step is less than 90 °, the direction of the magnetic field change vector obtained in the current time step is determined. A program is provided that causes a computer to execute a procedure of adding a vector whose magnitude has been increased without changing it to the first magnetic field vector and setting the vector as the first magnetic field vector to be used in the next time step.
現時点のタイムステップで求めた磁場変化ベクトルの向きを変えず、大きさを大きくしたベクトルを、第1磁場ベクトルに加えたベクトルを、次のタイムステップにおいて用いる第1磁場ベクトルとして設定することにより、反復計算の計算時間を短縮することが可能である。 By setting the vector obtained by adding the vector whose magnitude is increased to the first magnetic field vector as the first magnetic field vector to be used in the next time step without changing the direction of the magnetic field change vector obtained in the current time step. It is possible to shorten the calculation time of the iterative calculation.
図1は、本実施例による磁場解析装置30のブロック図である。本実施例による磁場解析装置30は、処理装置20、記憶装置25、入力装置28、及び出力装置29を含む。処理装置20は、解析情報取得部21、ボクセル分割部22、磁場演算部23、及び出力制御部24を含む。
FIG. 1 is a block diagram of the
図1に示す各ブロックは、ハードウェア的には、コンピュータの中央処理ユニット(CPU)をはじめとする素子や機械装置で実現することができ、ソフトウェア的にはコンピュータプログラム等によって実現することができる。図1では、ハードウェア及びソフトウェアの連携によって実現される機能ブロックが示されている。従って、これらの機能ブロックは、ハードウェア及びソフトウェアの組み合わせによって、種々の態様で実現することが可能である。 Each block shown in FIG. 1 can be realized by an element such as a central processing unit (CPU) of a computer or a mechanical device in terms of hardware, and can be realized by a computer program or the like in terms of software. .. FIG. 1 shows a functional block realized by cooperation of hardware and software. Therefore, these functional blocks can be realized in various aspects by a combination of hardware and software.
処理装置20は入力装置28及び出力装置29と接続される。入力装置28は、処理装置20で実行される処理に関係するユーザからのコマンド及びデータの入力を受ける。入力装置28として、例えばユーザが操作を行うことにより入力を行うキーボードやマウス、インターネット等のネットワークを介して入力を行う通信装置、CD、DVD等の記録媒体から入力を行う読取装置等を用いることができる。出力装置29は、処理装置20からの制御により、解析結果を出力する。出力装置29として、例えば画像を表示する表示装置、インターネット等のネットワークを介してデータを送信する通信装置、CD、DVD等の記録媒体にデータを記録する書込装置等を用いることができる。
The
解析情報取得部21は、入力装置28を介して磁場解析情報を取得する。磁場解析情報には、磁場解析に必要な種々の情報が含まれる。例えば、仮想空間内に定義される解析対象物の形状や物性値を定義する情報、解析対象物をボクセルに分割するための情報、外部磁場を定義する情報、解析にあたり定義しておくべきパラメータの値等が含まれる。
The analysis
図2A及び図2Bを参照して、ボクセル分割部22の機能について説明する。
図2Aは、仮想空間内に配置された解析対象である磁性体を複数のボクセル40に分割した状態の模式図であり、図2Bは、1つのボクセル40内に配置された複数の評価点41を示す模式図である。
The function of the
FIG. 2A is a schematic view of a state in which a magnetic material to be analyzed arranged in a virtual space is divided into a plurality of
ボクセル分割部22は、図2Aに示すように、磁場解析情報に基づき仮想空間内に配置された磁性体を複数のボクセル40に分割する。図2Aでは、ボクセル40の分布を二次元的に表しているが、実際には磁性体は三次元の形状を有し、複数のボクセル40は三次元空間内に配置される。また、図2Aでは、1つのボクセル40を正方形で表しているが、三次元に拡張するとボクセル40は正六面体になる。なお、ボクセル40を正六面体以外の多面体としてもよい。例えば、磁性体をボロノイ分割することによりボクセル40を配置してもよい。ボクセル分割部22は、ボクセル40の各々に、1つのボクセルを特定するためのボクセル識別子(ボクセルID)を付与する。ボクセル識別子として、1から始まる通し番号iを用いる。
As shown in FIG. 2A, the
ボクセル分割部22は、さらに、図2Bに示すようにボクセル40の各々の内部に複数の評価点41を配置する。評価点41は、例えばボクセル40の重心から各面に下した垂線の中点に配置される。1つのボクセル40の内部に配置される評価点41の個数は、多面体であるボクセル40の表面を構成する平面の数に等しい。例えば、正六面体のボクセル40の内部には、6個の評価点41が配置される。1つのボクセル40内に複数の評価点41を配置するのは、磁場解析精度を高く保つためである。
The
ボクセル分割部22は、ボクセル40の各々の内部に配置された複数の評価点41に、評価点識別子(評価点ID)を付与する。評価点識別子として、1から始まる通し番号pを用いる。複数の評価点41のうち1つの評価点41は、ボクセル識別子と評価点識別子との対によって特定される。
The
磁場演算部23は、複数の評価点41の各々に磁化を付与し、各評価点41に発生する磁場を計算する。図2Bに示すようにi番目のボクセル40(i)の内部のp番目の評価点41(i,p)に付与された磁化ベクトルをMipと表記する。また、評価点41(i,p)に対応する表面の外向きの単位法線ベクトルをnipと表記する。磁場演算部23が行う手順については、後に図3〜図6を参照して説明する。
The magnetic
出力制御部24は、解析結果、例えば記憶装置25に記憶されている評価点41ごとの磁場の計算結果を出力装置29に出力する。
The
図3は、実施例による磁場解析方法を示すフローチャートである。
まず、解析情報取得部21(図1)が解析条件を取得し、ボクセル分割部22(図1)が解析対象の磁性体を複数のボクセル40(図2A)に分割する(ステップS11)。さらに、ボクセル分割部22は、複数のボクセル40の各々の内部に複数の評価点41(図2B)を配置する(ステップS11)。
FIG. 3 is a flowchart showing a magnetic field analysis method according to an embodiment.
First, the analysis information acquisition unit 21 (FIG. 1) acquires the analysis conditions, and the voxel division unit 22 (FIG. 1) divides the magnetic material to be analyzed into a plurality of voxels 40 (FIG. 2A) (step S11). Further, the
次に、磁場演算部23(図1)が、評価点41の各々について、ステップS12からステップS16までの1タイムステップ分の磁場の演算を、すべての評価点41について演算が終了するまで繰り返す(ステップS17、S18)。すべての評価点41についての1タイムステップ分の磁場の演算を、磁場の計算結果が収束するまで繰り返す(ステップS19、S20)。磁場の計算結果が収束すると、解析を終了し、解析結果を出力装置29(図1)に出力する(ステップS21)。 Next, the magnetic field calculation unit 23 (FIG. 1) repeats the calculation of the magnetic field for one time step from step S12 to step S16 for each of the evaluation points 41 until the calculation for all the evaluation points 41 is completed ( Steps S17 and S18). The calculation of the magnetic field for one time step for all the evaluation points 41 is repeated until the calculation result of the magnetic field converges (steps S19 and S20). When the calculation result of the magnetic field converges, the analysis is completed and the analysis result is output to the output device 29 (FIG. 1) (step S21).
ステップS12からステップS16までの処理について説明する前に、反復法によって磁場を計算する方法について説明する。 Before explaining the processing from step S12 to step S16, a method of calculating the magnetic field by the iterative method will be described.
反復法では、磁場を最適解に収束させる運動方程式を数値的に解く。この運動方程式は、以下の式で表される。
ここで、Hipは、i番目のボクセル40(i)内のp番目の評価点41(i,p)(図2B)に付与されている磁場ベクトルである。αipは、評価点41(i,p)の磁場を時間発展させるときに用いる仮想質量である。λiはラグランジュの未定乗数である。γは人工的に付与された減衰定数である。
In the iterative method, the equation of motion that converges the magnetic field to the optimum solution is numerically solved. This equation of motion is expressed by the following equation.
Here, Hip is a magnetic field vector applied to the p-th evaluation point 41 (i, p) (FIG. 2B) in the i-th voxel 40 (i). α ip is a virtual mass used when the magnetic field at the evaluation point 41 (i, p) is time-evolved. λ i is the Lagrange multiplier. γ is an artificially assigned attenuation constant.
磁場ベクトルH(rip)は、磁性体内の磁化、及び外部磁場によって評価点41(i,p)の位置に発生する磁場である。図4を参照して、式(1)の右辺の磁場ベクトルH(rip)について説明する。 The magnetic field vector H ( rip ) is a magnetic field generated at the position of the evaluation point 41 (i, p) by the magnetization in the magnetic body and the external magnetic field. The magnetic field vector H (rip ) on the right side of the equation (1) will be described with reference to FIG.
図4は、i番目のボクセル40(i)とj番目のボクセル40(j)との関係を示す模式図である。j番目のボクセル40(j)のq番目の評価点41(j、q)に磁化Mjqが付与されている。磁性体の磁化率をχと表記すると、磁化Mjqは磁場Hjqにより以下の式で表される。
評価点41(i,p)の位置ベクトルをripと表記し、評価点41(j、q)の位置ベクトルをrjqと表記する。評価点41(j、q)の磁化Mjqによって評価点41(i,p)の位置に磁場が発生する。磁性体内のすべての評価点41に付与された磁化によって評価点41(i,p)に発生する磁場H(rip)は、以下の式で表される。
ここで、ΔSjq及びnjqは、それぞれボクセル40(j)の評価点41(j,q)に対応する表面の面積及び外側を向く単位法線ベクトルである。Hext,ipは、評価点41(i,p)の位置における外部磁場を表す磁場ベクトルである。qに関するシグマは、j番目のボクセル40(j)内のすべての評価点41(j、q)についての和をとることを意味する。jに関するシグマは、すべてのボクセル40(j)についての和をとることを意味する。
The position vector of the evaluation point 41 (i, p) is referred to as r ip, and the position vector of the evaluation point 41 (j, q) is referred to as r jq. A magnetic field is generated at the position of the evaluation point 41 (i, p) by the magnetization M jq of the evaluation point 41 (j, q). The magnetic field H (rip ) generated at the evaluation points 41 (i, p) by the magnetization applied to all the evaluation points 41 in the magnetic body is expressed by the following equation.
Here, ΔS jq and n jq are the area of the surface corresponding to the evaluation point 41 (j, q) of the voxel 40 (j) and the unit normal vector facing outward, respectively. H ext, ip is a magnetic field vector representing an external magnetic field at the position of evaluation point 41 (i, p). The sigma with respect to q means to take the sum of all the evaluation points 41 (j, q) in the j-th voxel 40 (j). Sigma with respect to j means to take the sum for all voxels 40 (j).
式(1)の右辺のCi(Mp)は、i番目のボクセル40(i)の内部における磁化ベクトルの発散の体積積分を、ガウスの発散定理により面積分に置き換えたものであり、以下の式で表される。
ここで、式(4)の右辺のpに関するシグマは、i番目のボクセル40(i)内のすべての評価点41について和をとることを意味する。
The right side of C i (M p) of the formula (1) is the i th volume integral of the divergence of the magnetization vector in the interior of the voxel 40 (i), and replaced with a surface integral by Gauss divergence theorem, the following It is expressed by the formula of.
Here, the sigma regarding p on the right side of the equation (4) means that all the evaluation points 41 in the i-th voxel 40 (i) are summed.
次に、式(1)の物理的な意味について説明する。
式(1)の左辺は、磁場Hの変化の加速度を表す加速度項に相当する。右辺の第1項はバネ力に相当し、第2項は外力に相当し、第4項は減衰項に相当する。右辺第3項は、運動方程式の束縛条件を表す束縛項である。式(1)に示した運動方程式には、その右辺第3項によって、ボクセル40の各々の内部において磁化の発散がゼロであるという束縛条件が課されている。磁場の計算結果が収束した状態では、加速度項、減衰項、及び束縛項がゼロになる。この状態で、評価点41(i,p)の磁場Hipは、磁性体内の評価点に付与された磁化により評価点41(i,p)の位置に発生する磁場と等しくなる。
Next, the physical meaning of the equation (1) will be described.
The left side of the equation (1) corresponds to an acceleration term representing the acceleration of the change in the magnetic field H. The first term on the right side corresponds to the spring force, the second term corresponds to the external force, and the fourth term corresponds to the damping term. The third term on the right side is a binding term that represents the binding condition of the equation of motion. The equation of motion shown in equation (1) is subject to a binding condition that the divergence of magnetization is zero inside each of the
反復法においては、式(1)の運動方程式を、ある仮想的な時間刻み幅で数値的に反復計算し、評価点41ごとに磁場Hipの時間変化を求める。このとき、磁場Hipの計算結果は、時間の経過に従って、その最適値に収束する。束縛条件付きの運動方程式を解く手法として、SHAKE法(J.M.ティッセン「計算物理学」)が知られている。SHAKE法では、まず束縛条件を課さずに運動方程式を解き、その後、束縛条件を付加する。以下に説明する実施例による方法では、SHAKE法を適用する。 In the iterative method, the equation of motion of Eq. (1) is numerically iteratively calculated with a certain virtual time step width, and the time change of the magnetic field Hip is obtained for each evaluation point 41. At this time, the calculation result of the magnetic field Hip converges to the optimum value with the passage of time. The SHAKE method (JM Thyssen "computational physics") is known as a method for solving equations of motion with binding conditions. In the SHAKE method, the equation of motion is first solved without imposing a binding condition, and then the binding condition is added. In the method according to the examples described below, the SHAKE method is applied.
次に、図3に示したステップS12からステップS16までの手順について説明する。この手順の説明において、必要に応じて図5及び図6を参照する。
図5及び図6は、反復計算の1タイムステップで求められる種々の磁場ベクトルを磁場ベクトル空間内に示した模式図である。
Next, the procedure from step S12 to step S16 shown in FIG. 3 will be described. In the description of this procedure, reference will be made to FIGS. 5 and 6 as necessary.
5 and 6 are schematic diagrams showing various magnetic field vectors obtained in one time step of the iterative calculation in the magnetic field vector space.
まず、式(1)の運動方程式の束縛条件を課さず、n番目のタイムステップが終了した時点(現時点)の評価点41(i,p)における第1磁場ベクトルH1ip(n)、及び現時点で各評価点41に付与されている磁化ベクトルMjqに基づいて、評価点41(i,p)に発生する磁場を1タイムステップ分だけ時間発展させた磁場ベクトルである暫定磁場ベクトルHTip(n+1)を計算する。以下、暫定磁場ベクトルHTip(n+1)の計算方法について説明する。
First, the first magnetic field vector H1 ip (n) at the evaluation point 41 (i, p) at the end of the nth time step (current time) without imposing the binding condition of the equation of motion of the equation (1), and the current time. The provisional magnetic field vector HT ip ( provisional magnetic field vector HT ip, which is a magnetic field vector obtained by developing the magnetic field generated at the evaluation points 41 (i, p) by one time step based on the magnetization vector M jq given to each
束縛条件を課さない運動方程式(1)を、蛙跳び法で離散化すると、以下の式が得られる。
ここで、δtは仮想時間の刻み幅であり、Fip(n)は以下の式で定義される。
式(5)〜(7)を用いて、第1磁場ベクトルH1ip(n)を1タイムステップ分だけ時間発展させた暫定磁場ベクトルHTip(n+1)を求めることができる。
The following equation is obtained by discretizing the equation of motion (1), which does not impose a binding condition, by the leapfrog method.
Here, .DELTA.t is the step size of the virtual time, F ip (n) is defined by the following equation.
Using equations (5) to (7), it is possible to obtain the provisional magnetic field vector HT ip (n + 1) obtained by evolving the first magnetic field vector H1 ip (n) by one time step.
暫定磁場ベクトルHTip(n+1)を求めた後、運動方程式(1)の束縛条件が満たされるまで暫定磁場ベクトルHTip(n+1)を更新して束縛条件を満たす磁場(第2磁場ベクトルH2ip(n+1))を求める。 After obtaining the provisional magnetic field vector HT ip (n + 1), the provisional magnetic field vector HT ip (n + 1) is updated until the binding condition of the equation of motion (1) is satisfied, and the magnetic field satisfying the binding condition (second magnetic field vector H2 ip (second magnetic field vector H2 ip). Find n + 1)).
第2磁場ベクトルH2ip(n+1)は、以下の式を、計算結果が収束するまで反復計算することにより求めることができる。
ここで、式(8)の右辺の暫定磁場ベクトルHTip(n+1)は反復計算による更新前のベクトルを表し、左辺の暫定磁場ベクトルHTip(n+1)は反復計算による更新後のベクトルを表す。式(9)の右辺の磁化ベクトルMTq(n+1)は、暫定磁場ベクトルに磁化率χを乗じたものである。
The second magnetic field vector H2 ip (n + 1) can be obtained by iteratively calculating the following equation until the calculation results converge.
Here, the provisional magnetic field vector HT ip (n + 1) on the right side of the equation (8) represents the vector before the update by the iterative calculation, and the provisional magnetic field vector HT ip (n + 1) on the left side represents the vector after the update by the iterative calculation. The magnetization vector MT q (n + 1) on the right side of equation (9) is the provisional magnetic field vector multiplied by the magnetic susceptibility χ.
式(8)を、暫定磁場ベクトルHTipが収束するまで反復計算して得られた暫定磁場ベクトルHTipの収束値が、第2磁場ベクトルH2ip(n+1)に相当する。 Equation (8), the provisional magnetic field vector HT ip convergence value of the temporary magnetic field vector HT ip obtained by iterative calculation until convergence is equivalent to the second magnetic field vector H2 ip (n + 1).
第2磁場ベクトルH2ip(n+1)が求まると、磁場演算部23(図1)は、第2磁場ベクトルH2ip(n+1)から第1磁場ベクトルH1ip(n)までの磁場の変化の速度を計算する(ステップS14)。磁場の変化の速度は、以下の式で表される。
続いて、マルチタイムステップ法を適用して、次のタイムステップにおける第1磁場ベクトルH1ip(n+1)を計算する(ステップS15)。図5及び図6を参照して、ステップS15における計算について説明する。 Subsequently, the multi-time step method is applied to calculate the first magnetic field vector H1 ip (n + 1) in the next time step (step S15). The calculation in step S15 will be described with reference to FIGS. 5 and 6.
まず、直近に求めた磁場の変化の速度ベクトルと、前回のタイムステップで求めた磁場の変化の速度ベクトルとの内積Qを計算する。内積Qは以下の式で表される。
2つの速度ベクトルのなす角度が90°未満の場合、内積Qは正の値をとる。図5は、内積Qが正の場合を示している。2つの速度ベクトルのなす角度が90°より大きい場合、内積Qは負の値をとる。図6は、内積Qが負の場合を示している。2つの速度ベクトルのなす角度が90°に等しい場合、内積Qはゼロになる。
First, the inner product Q of the velocity vector of the change of the magnetic field obtained most recently and the velocity vector of the change of the magnetic field obtained in the previous time step is calculated. The inner product Q is expressed by the following equation.
If the angle between the two velocity vectors is less than 90 °, the inner product Q takes a positive value. FIG. 5 shows a case where the inner product Q is positive. If the angle between the two velocity vectors is greater than 90 °, the inner product Q takes a negative value. FIG. 6 shows a case where the inner product Q is negative. If the angles formed by the two velocity vectors are equal to 90 °, the inner product Q becomes zero.
磁場変化の速度ベクトルに、仮想時間の刻み幅δtを乗じたベクトルは、第1磁場ベクトルH1ip(n)から第2磁場ベクトルH2ip(n+1)までのベクトルの変化量(以下、磁場変化ベクトルという。)に相当する。式(11)に代えて、現時点の磁場変化ベクトルと、直前のタイムステップで求めた磁場変化ベクトルとの内積を計算してもよい。磁場変化の2つの速度ベクトルのなす角度は、2つの磁場変化ベクトルのなす角度と等しい。 The vector obtained by multiplying the velocity vector of the magnetic field change by the step width δt of the virtual time is the amount of change of the vector from the first magnetic field vector H1 ip (n) to the second magnetic field vector H2 ip (n + 1) (hereinafter, the magnetic field change vector). It corresponds to.). Instead of equation (11), the inner product of the current magnetic field change vector and the magnetic field change vector obtained in the immediately preceding time step may be calculated. The angle formed by the two velocity vectors of the magnetic field change is equal to the angle formed by the two magnetic field change vectors.
以下の式に基づいて、次のタイムステップで用いる第1磁場ベクトルH1ip(n+1)を計算する。
ここで、fはマルチステップ法で適用される伸長短縮係数である。
Based on the following equation, the first magnetic field vector H1 ip (n + 1) used in the next time step is calculated.
Here, f is an extension / shortening coefficient applied by the multi-step method.
図5に示すように、現時点の磁場変化の速度ベクトルと直前のタイムステップで求めた磁場変化の速度ベクトルとのなす角度が90°未満のとき、伸長短縮係数fを1より大きくする。このとき、第1磁場ベクトルH1ip(n)に、現時点のタイムステップで求めた磁場変化ベクトルの向きを変えず、大きさを大きくしたベクトルを加えたベクトルを、次のタイムステップにおいて用いる第1磁場ベクトルH1ip(n+1)として設定する。 As shown in FIG. 5, when the angle between the current velocity vector of the magnetic field change and the velocity vector of the magnetic field change obtained in the immediately preceding time step is less than 90 °, the elongation shortening coefficient f is made larger than 1. At this time, the vector obtained by adding the vector whose magnitude is increased without changing the direction of the magnetic field change vector obtained in the current time step to the first magnetic field vector H1 ip (n) is used in the next time step. It is set as the magnetic field vector H1 ip (n + 1).
図6に示すように、現時点の磁場変化の速度ベクトルと直前のタイムステップで求めた磁場変化の速度ベクトルとのなす角度が90°より大きいとき、伸長短縮係数fを1より小さくする。このとき、第1磁場ベクトルH1ip(n)に、現時点のタイムステップで求めた磁場変化ベクトルの向きを変えず、大きさを小さくしたベクトルを加えたベクトルを、次のタイムステップにおいて用いる第1磁場ベクトルH1ip(n+1)として設定する。 As shown in FIG. 6, when the angle between the current velocity vector of the magnetic field change and the velocity vector of the magnetic field change obtained in the immediately preceding time step is larger than 90 °, the elongation shortening coefficient f is made smaller than 1. At this time, the vector obtained by adding the vector whose magnitude is reduced without changing the direction of the magnetic field change vector obtained in the current time step to the first magnetic field vector H1 ip (n) is used in the next time step. It is set as the magnetic field vector H1 ip (n + 1).
次のタイムステップで用いる第1磁場ベクトルH1ip(n+1)が求まったら、計算時間の短縮化を図るためのFIRE法(fast inertial relaxation engine)を適用する(ステップS16)。FIRE法に関しては、Erik Bitzek, Pekka Koskinen, Franz Gahler, Michael Moseler, and Peter Gumbsch, “Structural Relaxation Made Simple”, Physical Review Letters, 97, 170201 (2006)に説明されている。 When the first magnetic field vector H1 ip (n + 1) to be used in the next time step is obtained, the FIRE method (fast inertial relaxation engine) for shortening the calculation time is applied (step S16). The FIRE method is described in Erik Bitzek, Pekka Koskinen, Franz Gahler, Michael Moseler, and Peter Gumbsch, “Structural Relaxation Made Simple”, Physical Review Letters, 97, 170201 (2006).
次に、FIRE法について簡単に説明する。磁場の変化の速度ベクトルと加速度ベクトルとの内積が正またはゼロのとき、仮想質量αipを現時点の値より小さくする。逆に、磁場の速度ベクトルと加速度ベクトルとの内積が負のとき、仮想質量αipを現時点の値より大きくする。以下、仮想質量を変化させることの物理的な意味について説明する。 Next, the FIRE method will be briefly described. When the inner product of the velocity vector of the change in the magnetic field and the acceleration vector is positive or zero, the virtual mass α ip is made smaller than the current value. On the contrary, when the inner product of the velocity vector and the acceleration vector of the magnetic field is negative, the virtual mass α ip is made larger than the current value. Hereinafter, the physical meaning of changing the virtual mass will be described.
磁場の速度ベクトルと加速度ベクトルとの内積が正またはゼロの場合は、速度ベクトルと加速度ベクトルとのなす角度が90°以下である。このとき、磁場の計算結果は収束値に近づいていると考えられる。この場合、仮想質量αipを小さくすると、磁場の変化量が大きくなり、磁場の計算結果がより速く収束値に近づく。磁場の速度ベクトルと加速度ベクトルとの内積が負の場合は、速度ベクトルと加速度ベクトルとのなす角度が90°より大きい。このとき、磁場の計算結果は収束値から遠ざかっていると考えられる。この場合、仮想質量αipを大きくすると、磁場の変化量が小さくなり、磁場の計算結果が収束値から遠ざかる速さが遅くなる。 When the inner product of the velocity vector of the magnetic field and the acceleration vector is positive or zero, the angle formed by the velocity vector and the acceleration vector is 90 ° or less. At this time, it is considered that the calculation result of the magnetic field is approaching the convergence value. In this case, if the virtual mass α ip is reduced, the amount of change in the magnetic field becomes large, and the calculation result of the magnetic field approaches the convergence value faster. When the inner product of the velocity vector and the acceleration vector of the magnetic field is negative, the angle formed by the velocity vector and the acceleration vector is larger than 90 °. At this time, it is considered that the calculation result of the magnetic field is far from the convergence value. In this case, when the virtual mass α ip is increased, the amount of change in the magnetic field becomes smaller, and the speed at which the calculation result of the magnetic field moves away from the convergence value becomes slower.
次に、上記実施例の優れた効果について説明する。
上記実施例では、図3に示したステップS16でFIRE法を適用しているため、磁場の計算結果の収束を速めることができる。その結果、計算時間を短縮することができる。
Next, the excellent effect of the above embodiment will be described.
In the above embodiment, since the FIRE method is applied in step S16 shown in FIG. 3, the convergence of the calculation result of the magnetic field can be accelerated. As a result, the calculation time can be shortened.
図5に示したように、現時点のタイムステップで求めた磁場変化の速度ベクトルと、直前のタイムステップで求めた磁場変化の速度ベクトルとのなす角度が90°未満である場合、磁場の計算結果は収束値に近づいていると考えられる。このとき、式(12)の伸長短縮係数fを1より大きくすることにより、磁場の計算結果をより速く収束値に近付けることができる。その結果、計算時間を短縮することができる。 As shown in FIG. 5, when the angle between the magnetic field change velocity vector obtained in the current time step and the magnetic field change velocity vector obtained in the immediately preceding time step is less than 90 °, the magnetic field calculation result is obtained. Is considered to be approaching the convergence value. At this time, by making the extension / shortening coefficient f of the equation (12) larger than 1, the calculation result of the magnetic field can be brought closer to the convergence value more quickly. As a result, the calculation time can be shortened.
図6に示したように、現時点のタイムステップで求めた磁場変化の速度ベクトルと、直前のタイムステップで求めた磁場変化の速度ベクトルとのなす角度が90°より大きい場合、磁場の計算結果が収束値に近づいているか否か不明である。このとき、式(12)の伸長短縮係数fを1未満とすることにより、磁場の計算結果が収束値から大きく離れてしまうことが回避される。その結果、計算時間を短縮することができる。 As shown in FIG. 6, when the angle between the magnetic field change velocity vector obtained in the current time step and the magnetic field change velocity vector obtained in the immediately preceding time step is larger than 90 °, the magnetic field calculation result is It is unknown whether it is approaching the convergence value. At this time, by setting the extension / shortening coefficient f of the equation (12) to less than 1, it is possible to prevent the calculation result of the magnetic field from deviating significantly from the convergence value. As a result, the calculation time can be shortened.
次に、図7〜図10を参照して、上記実施例の優れた効果を確認するために行った磁場解析結果について説明する。 Next, with reference to FIGS. 7 to 10, the results of magnetic field analysis performed to confirm the excellent effects of the above examples will be described.
図7は、磁場解析の対象となる解析モデルの斜視図である。解析モデルとなる磁性体の形状は、一辺の長さが10mmの立方体とした。この磁性体は、磁化が磁場に比例する線形磁性材料で形成されていることとした。解析モデルの1つの稜に平行で、空間的に均一な外部磁場Hextを解析モデルに与えた。外部磁場Eextの大きさは0.1Tとした。 FIG. 7 is a perspective view of an analysis model that is the target of magnetic field analysis. The shape of the magnetic material used as the analysis model was a cube with a side length of 10 mm. It is assumed that this magnetic material is made of a linear magnetic material whose magnetization is proportional to the magnetic field. A spatially uniform external magnetic field ext parallel to one ridge of the analytical model was given to the analytical model. The magnitude of the external magnetic field ext was 0.1 T.
まず、図3のステップS15のマルチタイムステップ法を適用しないで磁場解析を行った。この磁場解析では、図5及び図6に示した伸長短縮係数fが常に1である。すなわち、第2磁場ベクトルH2ip(n+1)が、次のタイムステップで使用される第1磁場ベクトルH1ip(n+1)として設定される。 First, the magnetic field analysis was performed without applying the multi-time step method of step S15 in FIG. In this magnetic field analysis, the elongation / shortening coefficient f shown in FIGS. 5 and 6 is always 1. That is, the second magnetic field vector H2 ip (n + 1) is set as the first magnetic field vector H1 ip (n + 1) to be used in the next time step.
図8A及び図8Bは、ある1つのボクセル40(図2A)の磁場の仮想時間軸における変化を示すグラフである。横軸はタイムステップ数を表し、縦軸は磁化の大きさを単位「A/m」で表す。図8Bは、図8Aの横軸の原点近傍を拡大したものである。比較のために、図3のステップS16においてFIRE法を適用しないで解析を行った結果を破線で示す。 8A and 8B are graphs showing changes in the magnetic field of one voxel 40 (FIG. 2A) on the virtual time axis. The horizontal axis represents the number of time steps, and the vertical axis represents the magnitude of magnetization in the unit "A / m". FIG. 8B is an enlarged view of the vicinity of the origin on the horizontal axis of FIG. 8A. For comparison, the results of the analysis performed in step S16 of FIG. 3 without applying the FIRE method are shown by broken lines.
FIRE法を適用した場合には、FIRE法を適用しない場合に比べて、磁化の大きさがより速く収束値に近づいていることがわかる。この解析結果から、FIRE法を適用することにより計算時間を短縮することができるという優れた効果が得られることが確認された。 It can be seen that when the FIRE method is applied, the magnitude of magnetization approaches the convergence value faster than when the FIRE method is not applied. From this analysis result, it was confirmed that the excellent effect that the calculation time can be shortened can be obtained by applying the FIRE method.
ただし、図8Aに示したグラフから、解析初期段階における振動が収まった後、磁化の計算結果が収束するまで、磁化の計算結果の変化が緩やかであり、収束までに膨大なタイムステップが費やされていることが読み取れる。以下、図9を参照して、振動が収まった後に、磁化の計算結果が収束するまでに膨大なタイムステップが費やされる原因について説明する。 However, from the graph shown in FIG. 8A, after the vibration in the initial stage of analysis has subsided, the change in the magnetization calculation result is gradual until the magnetization calculation result converges, and a huge time step is required for convergence. It can be read that it is done. Hereinafter, with reference to FIG. 9, the reason why an enormous time step is spent until the calculation result of magnetization converges after the vibration has subsided will be described.
図9は、図3のステップS15でマルチタイムステップ法を適用しないで磁場解析を行った結果の暫定磁場ベクトルHTipと第2磁場ベクトルH2ipとの仮想時間軸における変化を示すグラフである。マルチタイムステップ法を適用していないため、第2磁場ベクトルH2ipが、次のタイムステップにおける第1磁場ベクトルH1ipとして設定される。 FIG. 9 is a graph showing changes in the virtual time axis between the provisional magnetic field vector HT ip and the second magnetic field vector H2 ip as a result of performing the magnetic field analysis in step S15 of FIG. 3 without applying the multi-time step method. Since the multi-time step method is not applied, the second magnetic field vector H2 ip is set as the first magnetic field vector H1 ip in the next time step.
磁化の大きさが急激に変化する解析の初期段階においては、外部磁場や他のボクセル40からの寄与が支配的であるため、ステップS12(図3)で求まる暫定磁場ベクトルHTipが第1磁場ベクトルH1ipから大きく変化する。この変化に対して、暫定磁場ベクトルHTipから第2磁場ベクトルH2ipまでの変化は相対的に小さい。このため、暫定磁場ベクトルHTipから第2磁場ベクトルH2ipまでの変化量が、磁場の収束の速さに与える影響は小さい。
Since the contribution from the external magnetic field and
これに対して、磁場の変化が緩やかになると、第1磁場ベクトルH1ipから暫定磁場ベクトルHTipまでの変化量と、暫定磁場ベクトルHTipから第2磁場ベクトルH2ipまでの変化量とがほぼ同等の大きさになる。このため、第1磁場ベクトルH1ip(n−1)から大きく変化した暫定磁場ベクトルHTip(n)は、運動方程式(1)の束縛条件を課して磁場を計算することにより、第2磁場ベクトルH2ip(n)が元の第1磁場ベクトルH1ip(n−1)の近傍まで戻される。その結果、1タイムステップでの磁場の変化量が極僅かになっている。 On the other hand, when the change in the magnetic field becomes gradual, the amount of change from the first magnetic field vector H1 ip to the provisional magnetic field vector HT ip and the amount of change from the provisional magnetic field vector HT ip to the second magnetic field vector H2 ip are almost the same. It will be the same size. Therefore, the provisional magnetic field vector HT ip (n), which is significantly changed from the first magnetic field vector H1 ip (n-1), imposes the binding condition of the motion equation (1) and calculates the magnetic field to obtain the second magnetic field. The vector H2 ip (n) is returned to the vicinity of the original first magnetic field vector H1 ip (n-1). As a result, the amount of change in the magnetic field in one time step is extremely small.
ステップS16(図3)においてFIRE法を適用することによって仮想質量を小さくすると、第1磁場ベクトルH1ip(n−1)から暫定磁場ベクトルHTip(n)までの磁場の変化量が大きくなる。この変化の方向は、磁場の変化が緩やかになった時間帯では、本来の変化の方向からずれている。このため、磁場の変化が緩やかになった時間帯では、FIRE法を適用する効果は低い。 When the virtual mass is reduced by applying the FIRE method in step S16 (FIG. 3), the amount of change in the magnetic field from the first magnetic field vector H1 ip (n-1) to the provisional magnetic field vector HT ip (n) becomes large. The direction of this change deviates from the original direction of change in the time zone when the change of the magnetic field becomes gradual. Therefore, the effect of applying the FIRE method is low in the time zone when the change of the magnetic field becomes gradual.
上記実施例では、磁場の変化が緩やかになった時間帯で、図5に示すように伸長短縮係数fを1より大きくすることによって、磁場変化ベクトルを伸長させて、次のタイムステップで用いる第1磁場ベクトルH1ip(n+1)を求めている。このため、磁場の計算結果をより速く収束値に近付けることができる。 In the above embodiment, the magnetic field change vector is stretched by making the elongation shortening coefficient f larger than 1 as shown in FIG. 5 in the time zone when the change of the magnetic field becomes gradual, and is used in the next time step. 1 The magnetic field vector H1 ip (n + 1) is obtained. Therefore, the calculation result of the magnetic field can be brought closer to the convergence value more quickly.
図10は、FIRE法とマルチタイムステップ法との両方を適用する実施例による方法、FIRE法を適用しマルチステップ法を適用しない方法、及びFIRE法とマルチステップ法とのいずれも適用しない方法で、磁場解析を行った結果を示すグラフである。横軸はタイムステップ数を表し、縦軸は1つのボクセル40の磁化の大きさを単位「A/m」で表す。現時点の磁場変化ベクトルと、直前のタイムステップにおける磁場変化ベクトルとのなす角度が90°未満のとき、伸長短縮係数fを1.1とした。また、2つの磁場変化ベクトルのなす角度が90°以上のとき、伸長短縮係数fを0.9とした。
FIG. 10 shows a method according to an embodiment in which both the FIRE method and the multi-time step method are applied, a method in which the FIRE method is applied and the multi-step method is not applied, and a method in which neither the FIRE method nor the multi-step method is applied. , It is a graph which shows the result of having performed the magnetic field analysis. The horizontal axis represents the number of time steps, and the vertical axis represents the magnitude of magnetization of one
FIRE法を適用することにより、磁場の計算結果がより速く収束値に近づいていることがわかる。さらに、マルチタイムステップ法を適用することにより、磁場の計算結果がより速く収束値に近づいていることがわかる。図10に示した解析結果により、計算時間を短縮することができるという本実施例の優れた効果が確認された。 By applying the FIRE method, it can be seen that the calculation result of the magnetic field approaches the convergence value faster. Furthermore, by applying the multi-time step method, it can be seen that the calculation result of the magnetic field approaches the convergence value faster. From the analysis results shown in FIG. 10, the excellent effect of this example that the calculation time can be shortened was confirmed.
次に、伸長短縮係数fの値について説明する。伸長短縮係数fを大きくし過ぎると、計算が不安定になり、計算結果が発散しやすくなる。反復計算を安定させるために、伸長短縮係数fを2未満とすることが好ましい。現時点の磁化変化ベクトルと、直前のタイムステップにおける磁場変化ベクトルとのなす角度が90°の場合、伸長短縮係数fは1または1未満にするとよい。 Next, the value of the elongation / shortening coefficient f will be described. If the elongation / shortening coefficient f is made too large, the calculation becomes unstable and the calculation result tends to diverge. In order to stabilize the iterative calculation, it is preferable that the elongation reduction coefficient f is less than 2. When the angle between the current magnetization change vector and the magnetic field change vector in the immediately preceding time step is 90 °, the elongation shortening coefficient f may be 1 or less than 1.
次に、上記実施例の変形例について説明する。
上記実施例ではステップS16(図3)でFIRE法を適用したが、必ずしもFIRE法を適用する必要はない。マルチタイムステップ法のみを適用することによって、磁場の計算結果の変化が緩やかになった時間帯において、磁場の計算結果をより速く収束値に近付けることができる。
Next, a modified example of the above embodiment will be described.
In the above embodiment, the FIRE method was applied in step S16 (FIG. 3), but it is not always necessary to apply the FIRE method. By applying only the multi-time step method, the calculation result of the magnetic field can be brought closer to the convergence value faster in the time zone when the change of the calculation result of the magnetic field becomes gradual.
式(12)の伸長短縮係数fの値は、ユーザが入力装置28(図1)から入力するようにするとよい。現時点の磁場変化ベクトルと直前のタイムステップにおける磁場変化ベクトルとのなす角度が90°以上の場合、伸長短縮係数fの値を1に設定してもよい。 The value of the expansion / shortening coefficient f of the equation (12) may be input by the user from the input device 28 (FIG. 1). When the angle between the current magnetic field change vector and the magnetic field change vector in the immediately preceding time step is 90 ° or more, the value of the elongation shortening coefficient f may be set to 1.
上記実施例では、ボクセル40(図2B)の重心から各表面に下した垂線の中点に評価点41を配置している。評価点の位置は、ボクセル内のその他の位置としてもよい。例えば、ボクセル40の重心から各表面に下した垂線の中点より、表面に近い位置に評価点41を配置してもよい。
In the above embodiment, the
また、上記実施例では、解析対象である磁性体を複数の正六面体のボクセル40に分割しているが、その他の形状の複数の多面体要素に分割してもよい。また、分割された複数の多面体要素の面数は、すべての多面体要素の間で同一でなくてもよい。評価点41の個数は、その評価点41が含まれる多面体要素の面数と同一でなくてもよく、面数より少なくてもよいし、面数より多くてもよい。
Further, in the above embodiment, the magnetic material to be analyzed is divided into a plurality of regular
本発明は上述の実施例に制限されるものではない。例えば、種々の変更、改良、組み合わせ等が可能なことは当業者に自明であろう。 The present invention is not limited to the above examples. For example, it will be obvious to those skilled in the art that various changes, improvements, combinations, etc. are possible.
20 処理装置
21 解析情報取得部
22 ボクセル分割部
23 磁場演算部
24 出力制御部
25 記憶装置
28 入力装置
29 出力装置
30 磁場解析装置
40 ボクセル
41 評価点
20
Claims (7)
反復計算の1つのタイムステップが、
前記複数の評価点の各々の現時点の磁場を表す第1磁場ベクトルに基づいて、1タイムステップ経過後の前記複数の評価点の各々の磁場を表す第2磁場ベクトルを求める手順と、
前記第1磁場ベクトルから前記第2磁場ベクトルまでの磁場の変化を表すベクトルである磁場変化ベクトルを求める手順と、
現時点のタイムステップで求めた前記磁場変化ベクトルと、直前のタイムステップで求めた前記磁場変化ベクトルとのなす角度が90°未満のときに、現時点のタイムステップで求めた前記磁場変化ベクトルの向きを変えず、大きさを大きくしたベクトルを、前記第1磁場ベクトルに加えたベクトルを、次のタイムステップにおいて用いる前記第1磁場ベクトルとして設定する手順と
を含む磁場解析方法。 This is a magnetic field analysis method for calculating the magnetic field of the evaluation points inside each of the plurality of polyhedral elements of the analysis model divided into a plurality of polyhedral elements by the iterative method.
One time step of iterative calculation is
A procedure for obtaining a second magnetic field vector representing each magnetic field of the plurality of evaluation points after one time step elapses based on a first magnetic field vector representing the current magnetic field of each of the plurality of evaluation points.
A procedure for obtaining a magnetic field change vector, which is a vector representing a change in a magnetic field from the first magnetic field vector to the second magnetic field vector, and
When the angle between the magnetic field change vector obtained in the current time step and the magnetic field change vector obtained in the immediately preceding time step is less than 90 °, the direction of the magnetic field change vector obtained in the current time step is determined. A magnetic field analysis method including a procedure of adding a vector whose magnitude is increased without changing it to the first magnetic field vector and setting the vector as the first magnetic field vector to be used in the next time step.
前記第2磁場ベクトルを求めた後、次のタイムステップを実行する前に、前記運動方程式の質量に相当するパラメータを変化させるFIRE法を適用する請求項1または2に記載の磁場解析方法。 In the procedure for obtaining the second magnetic field vector, the equation of motion that converges the magnetic fields applied to the plurality of evaluation points to the optimum solution is numerically solved.
The magnetic field analysis method according to claim 1 or 2, wherein the FIRE method for changing the parameter corresponding to the mass of the equation of motion is applied after obtaining the second magnetic field vector and before executing the next time step.
前記第2磁場ベクトルを求める手順において、
現時点の前記第1磁場ベクトルを用いて、前記束縛条件を課さない条件で前記運動方程式を数値的に解いて、暫定磁場ベクトルを求め、
前記束縛条件が満たされるまで、前記暫定磁場ベクトルを反復法により更新して前記第2磁場ベクトルを求める請求項3に記載の磁場解析方法。 The equation of motion includes a binding term that represents a binding condition that the divergence of the magnetization vector inside each of the plurality of polyhedral elements is zero.
In the procedure for obtaining the second magnetic field vector,
Using the first magnetic field vector at the present time, the equation of motion is numerically solved under the condition that the binding condition is not imposed, and the provisional magnetic field vector is obtained.
The magnetic field analysis method according to claim 3, wherein the provisional magnetic field vector is updated by an iterative method to obtain the second magnetic field vector until the binding condition is satisfied.
次のタイムステップにおいて用いる前記第1磁場ベクトルを設定する手順において、取得された情報に基づいて前記磁場変化ベクトルの大きさを大きくする請求項1乃至4のいずれか1項に記載の磁場解析方法。 Further, it includes a procedure for acquiring information for increasing the magnetic field change vector.
The magnetic field analysis method according to any one of claims 1 to 4, wherein the magnitude of the magnetic field change vector is increased based on the acquired information in the procedure for setting the first magnetic field vector to be used in the next time step. ..
前記磁場演算部は、反復計算の1つのタイムステップにおいて、
前記複数の評価点の各々の現時点の磁場を表す第1磁場ベクトルに基づいて、1タイムステップ経過後の前記複数の評価点の各々の磁場を表す第2磁場ベクトルを求める手順と、
前記第1磁場ベクトルから前記第2磁場ベクトルまでの磁場の変化を表すベクトルである磁場変化ベクトルを求める手順と、
現時点のタイムステップで求めた前記磁場変化ベクトルと、直前のタイムステップで求めた前記磁場変化ベクトルとのなす角度が90°未満のときに、現時点のタイムステップで求めた前記磁場変化ベクトルの向きを変えず、大きさを大きくしたベクトルを、前記第1磁場ベクトルに加えたベクトルを、次のタイムステップにおいて用いる前記第1磁場ベクトルとして設定する手順と
を実行する磁場解析装置。 A magnetic field analyzer having a magnetic field calculation unit that calculates the magnetic field of the evaluation point inside each of the plurality of polyhedral elements by an iterative method of an analysis model divided into a plurality of polyhedral elements.
The magnetic field calculation unit is used in one time step of the iterative calculation.
A procedure for obtaining a second magnetic field vector representing each magnetic field of the plurality of evaluation points after one time step elapses based on a first magnetic field vector representing the current magnetic field of each of the plurality of evaluation points.
A procedure for obtaining a magnetic field change vector, which is a vector representing a change in a magnetic field from the first magnetic field vector to the second magnetic field vector, and
When the angle between the magnetic field change vector obtained in the current time step and the magnetic field change vector obtained in the immediately preceding time step is less than 90 °, the direction of the magnetic field change vector obtained in the current time step is determined. A magnetic field analyzer that executes a procedure of adding a vector whose magnitude has been increased without changing it to the first magnetic field vector and setting the vector as the first magnetic field vector to be used in the next time step.
反復計算の1つのタイムステップにおいて、
前記複数の評価点の各々の現時点の磁場を表す第1磁場ベクトルに基づいて、1タイムステップ経過後の前記複数の評価点の各々の磁場を表す第2磁場ベクトルを求める手順と、
前記第1磁場ベクトルから前記第2磁場ベクトルまでの磁場の変化を表すベクトルである磁場変化ベクトルを求める手順と、
現時点のタイムステップで求めた前記磁場変化ベクトルと、直前のタイムステップで求めた前記磁場変化ベクトルとのなす角度が90°未満のときに、現時点のタイムステップで求めた前記磁場変化ベクトルの向きを変えず、大きさを大きくしたベクトルを、前記第1磁場ベクトルに加えたベクトルを、次のタイムステップにおいて用いる前記第1磁場ベクトルとして設定する手順と
をコンピュータに実行させるプログラム。
A program that causes a computer to execute a procedure of calculating the magnetic field of the evaluation point inside each of the plurality of polyhedral elements by the iterative method of the analysis model divided into a plurality of polyhedral elements.
In one time step of iterative calculation
A procedure for obtaining a second magnetic field vector representing each magnetic field of the plurality of evaluation points after one time step elapses based on a first magnetic field vector representing the current magnetic field of each of the plurality of evaluation points.
A procedure for obtaining a magnetic field change vector, which is a vector representing a change in a magnetic field from the first magnetic field vector to the second magnetic field vector, and
When the angle between the magnetic field change vector obtained in the current time step and the magnetic field change vector obtained in the immediately preceding time step is less than 90 °, the direction of the magnetic field change vector obtained in the current time step is determined. A program that causes a computer to execute a procedure of adding a vector whose magnitude has been increased without changing it to the first magnetic field vector and setting the vector as the first magnetic field vector to be used in the next time step.
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