JP2022109134A - program - Google Patents

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JP2022109134A JP2021004489A JP2021004489A JP2022109134A JP 2022109134 A JP2022109134 A JP 2022109134A JP 2021004489 A JP2021004489 A JP 2021004489A JP 2021004489 A JP2021004489 A JP 2021004489A JP 2022109134 A JP2022109134 A JP 2022109134A
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Abstract

To provide a technique for meshing a stratum model for reflecting terrain.SOLUTION: In a program for allowing a computer to execute a meshing method for meshing a stratum model, the stratum model has an undulated surface, a side face as a vertical surface, and a bottom face as a horizontal surface, and the meshing method includes the steps of generating a shape model in a rectangular parallelepiped shape by deformation of the stratum model in a vertical direction by a predetermined deformation rule, dividing the shape model into plural blocks in a rectangular parallelepiped shape, meshing respective blocks of the plural blocks such that nodes and connection match in a boundary surface between adjacent blocks and generating meshes for the respective blocks, and deforming the meshes in a vertical direction by adopting the predetermined deformation rule contrarily.SELECTED DRAWING: Figure 2

Description

本発明は、地層モデルのメッシュ化技術に関する。 TECHNICAL FIELD The present invention relates to a technology for creating a mesh for a stratum model.

地層モデルをメッシュ化して地震の波動伝播解析を行う技術が提案されている。特許文献1~3には、地層モデルを複数のブロックに分割してブロック単位でメッシュを生成する技術が開示されている。これらの文献では、隣接するブロック間の境界面において節点及び結線が一致するようにメッシュを生成する。ブロック単位でメッシュを生成することで、一括で行う場合よりもコンピュータの演算負荷を低減することができ、並列処理も可能である。隣接するブロック間の境界面において節点及び結線が一致するようにメッシュを生成することで、任意のブロックを組み合わせた地層モデルのメッシュを簡単に得ることができるという利点もある。 Techniques have been proposed for analyzing seismic wave propagation by meshing a stratum model. Patent Documents 1 to 3 disclose techniques for dividing a stratum model into a plurality of blocks and generating a mesh for each block. In these documents, meshes are generated such that the nodes and connections on the boundary surfaces between adjacent blocks are coincident. By generating meshes in units of blocks, it is possible to reduce the computational load on the computer and parallel processing is also possible. By generating a mesh so that the nodes and connections on the boundary surface between adjacent blocks match, there is also the advantage that the mesh of the stratum model combining arbitrary blocks can be easily obtained.

特許第5637956号公報Japanese Patent No. 5637956 特許第5755480号公報Japanese Patent No. 5755480 特許第5762094号公報Japanese Patent No. 5762094

しかし、特許文献1~3の技術では、地層モデルとして直方体形状のモデルが対象とされている。地形(陸・海底地形)を反映した地層モデルの解析の点で改善の余地がある。 However, in the techniques of Patent Documents 1 to 3, a rectangular parallelepiped model is targeted as a stratum model. There is room for improvement in the analysis of strata models that reflect topography (land and seafloor topography).

本発明の目的は、地形を反映した地層モデルをメッシュ化する技術を提供することにある。 SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide a technique for meshing a stratum model reflecting topography.

本発明によれば、
地層モデルをメッシュ化するメッシュ化方法をコンピュータに実行させるプログラムであって、
前記地層モデルは、起伏を有する表面と、垂直面であると側面と、水平面である底面とを有し、
前記メッシュ化方法は、
前記地層モデルが、所定の変形ルールで垂直方向に変形されることにより、直方体形状の形状モデルが生成される生成手順と、
前記形状モデルが、直方体形状の複数のブロックに分割される手順と、
前記複数のブロックの各ブロックが、隣接するブロック間の境界面において節点及び結線が一致するようにメッシュ化され、ブロック毎のメッシュが生成される手順と、
前記所定の変形ルールが逆に採用されることで、前記メッシュが垂直方向に変形される変形手順と、を備える、
ことを特徴とするプログラムが提供される。
According to the invention,
A program for causing a computer to execute a meshing method for meshing a stratum model,
The stratum model has an undulating surface, a side surface that is a vertical surface, and a bottom surface that is a horizontal surface,
The meshing method includes:
a generation procedure for generating a rectangular parallelepiped shape model by deforming the stratum model in the vertical direction according to a predetermined deformation rule;
a procedure in which the shape model is divided into a plurality of rectangular parallelepiped blocks;
a procedure in which each block of the plurality of blocks is meshed so that the nodes and connections on the boundary surface between adjacent blocks match to generate a mesh for each block;
a deformation procedure in which the mesh is deformed in the vertical direction by inversely adopting the predetermined deformation rule;
There is provided a program characterized by:

本発明によれば、地形を反映した地層モデルをメッシュ化する技術を提供することができる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the technique which meshes the stratum model which reflected the topography can be provided.

情報処理システムの構成を表すブロック図。1 is a block diagram showing the configuration of an information processing system; FIG. 演算装置が実行する処理例を示すフローチャート。4 is a flowchart showing an example of processing executed by an arithmetic device; 処理の流れを示す説明図。Explanatory drawing which shows the flow of a process. メッシュ化手順の例を示す説明図。Explanatory drawing which shows the example of a meshing procedure. (A)は変形前の地層モデルを示す図、(B)及び(C)は変形後の地層モデルを示す図。(A) is a diagram showing a stratum model before deformation, (B) and (C) are diagrams showing a stratum model after deformation. 演算装置が実行する処理例を示すフローチャート。4 is a flowchart showing an example of processing executed by an arithmetic device; 演算結果の表示例を示す図。FIG. 10 is a diagram showing a display example of calculation results;

以下、添付図面を参照して実施形態を詳しく説明する。尚、以下の実施形態は特許請求の範囲に係る発明を限定するものではなく、また実施形態で説明されている特徴の組み合わせの全てが発明に必須のものとは限らない。実施形態で説明されている複数の特徴のうち二つ以上の特徴が任意に組み合わされてもよい。また、同一若しくは同様の構成には同一の参照番号を付し、重複した説明は省略する。 Hereinafter, embodiments will be described in detail with reference to the accompanying drawings. It should be noted that the following embodiments do not limit the invention according to the claims, and not all combinations of features described in the embodiments are essential to the invention. Two or more of the features described in the embodiments may be combined arbitrarily. Also, the same or similar configurations are denoted by the same reference numerals, and redundant explanations are omitted.

<情報処理システム>
図1は本発明のプログラムを実行可能な情報処理システムの例を示すブロック図である。情報処理システム1は、演算装置2と、記憶装置5と、ドライブ装置6と、LANインタフェース(I/F)7と、ユーザインタフェース(I/F)8と、表示装置9とを備える。演算装置2は、各種プログラムを実行するCPU3及びCPU3の作業領域として使用されるRAM4を含む。記憶装置5は、例えばハードディスク装置であり、CPU2が実行する各種プログラムやプログラム実行時に使用される各種データを記憶する。地層モデルをメッシュ化するメッシュ化方法をCPU2に実行させるプログラムは記憶装置5に格納することができる。
<Information processing system>
FIG. 1 is a block diagram showing an example of an information processing system capable of executing the program of the present invention. The information processing system 1 includes an arithmetic device 2 , a storage device 5 , a drive device 6 , a LAN interface (I/F) 7 , a user interface (I/F) 8 and a display device 9 . The computing device 2 includes a CPU 3 that executes various programs and a RAM 4 that is used as a work area for the CPU 3 . The storage device 5 is, for example, a hard disk device, and stores various programs executed by the CPU 2 and various data used when the programs are executed. A program for causing the CPU 2 to execute a meshing method for meshing a stratum model can be stored in the storage device 5 .

ドライブ装置6は、磁気ディスクや光ディスクなどの記憶媒体に書き込まれたデータを読取可能且つ記憶媒体に対してデータを書込可能な装置である。LANインタフェース7は、LANに接続されたノードと通信可能なインタフェースである。メッシュ化対象の地形モデルは、ドライブ装置6を介して、或いは、LANインタフェース7を介して取得される。CPU2が実行するプログラムは記憶媒体に記憶しておき、ドライブ装置6を介してシステムにインストールされてもよい。 The drive device 6 is a device capable of reading data written in a storage medium such as a magnetic disk or an optical disk and writing data to the storage medium. The LAN interface 7 is an interface capable of communicating with nodes connected to the LAN. A terrain model to be meshed is acquired via the drive device 6 or via the LAN interface 7 . The program executed by the CPU 2 may be stored in a storage medium and installed in the system via the drive device 6 .

ユーザインタフェース8は、キーボードやポインティングデバイス等から構成され、ユーザの指示の入力を受け付ける。表示装置9は例えば液晶表示装置であり、ユーザに情報を提示する。 The user interface 8 is composed of a keyboard, a pointing device, etc., and accepts input of user's instructions. The display device 9 is, for example, a liquid crystal display device, and presents information to the user.

<地層モデルのメッシュ化>
図2はCPU3が実行するプログラムの例を示すフローチャートであり、このプログラムは地層モデルをメッシュ化するメッシュ化方法をCPU3に実行させる。図3は処理の流れを示す説明図であり、地層モデルMはメッシュ化の対象となるモデルの例である。矢印X及びYは互いに直交する水平方向を示し、矢印Zは垂直方向を示す。
<Mesh formation of stratum model>
FIG. 2 is a flow chart showing an example of a program executed by the CPU 3. This program causes the CPU 3 to execute a meshing method for meshing a stratum model. FIG. 3 is an explanatory diagram showing the flow of processing, and the stratum model M is an example of a model to be meshed. Arrows X and Y indicate horizontal directions orthogonal to each other, and arrow Z indicates a vertical direction.

図2のS1で、解析条件の設定処理を行う。詳細は後述する。S2では地層モデルMから形状モデルS2を生成する。地層モデルMは、起伏を有する表面TSと、垂直面であって角筒形状の四つの側面SS、及び、水平面である底面BSとを有する。表面TSの起伏は、陸地形或いは海底地形を表している。図示の地層モデルMは三層の地層L1~L3を有している。地層の数は三層に限られるわけではない。地層境界GB1は地層L1と地層L2との境界面を示し、地層境界GB2は地層L2と地層L3との境界面を示している。地層モデルMは、例えば、地層モデルMの外形を表す情報と、各地層境界の各地点の位置座標とで定義される。図3の例では、一例として地層境界GB1が、グリッド状のX座標及びY座標と、Z座標とを有する多数の構成点により定義されている。このようにして地層モデルMは、モデルの外径と各地層の形状とが記述されたデータによって定義することができる。 In S1 of FIG. 2, analysis condition setting processing is performed. Details will be described later. In S2, a shape model S2 is generated from the stratum model M. As shown in FIG. The stratum model M has an undulating surface TS, four vertical rectangular cylindrical side surfaces SS, and a horizontal bottom surface BS. The undulations of the surface TS represent the land topography or the bottom topography. The illustrated stratum model M has three strata L1 to L3. The number of strata is not limited to three. A stratum boundary GB1 indicates the interface between the stratum L1 and the stratum L2, and a stratum boundary GB2 indicates the interface between the stratum L2 and the stratum L3. The stratum model M is defined, for example, by information representing the outer shape of the stratum model M and the position coordinates of each point on each stratum boundary. In the example of FIG. 3, as an example, a stratum boundary GB1 is defined by a large number of constituent points having grid-like X coordinates, Y coordinates, and Z coordinates. Thus, the stratum model M can be defined by data describing the outer diameter of the model and the shape of each stratum.

地層モデルMは表面TSが起伏を有しているため、特許文献1~3に開示されたブロック分割とそのメッシュ化をそのまま適用できない。そこで、本実施形態では表面TSの起伏を一旦潰して平坦面とし、メッシュ生成後に起伏が元に戻るようにメッシュを変形する。 Since the stratum model M has an undulating surface TS, the block division and meshing disclosed in Patent Documents 1 to 3 cannot be applied as is. Therefore, in the present embodiment, the undulations of the surface TS are once flattened, and after mesh generation, the mesh is deformed so that the undulations are restored.

図2のS2の処理では、地層モデルMの表面TSを平坦な水平面とし、地層モデルMを直方体形状の形状モデルM’に変形する。変形ルールの例については後述するが、S1で設定される形状モデルM’の深さDに表面TS’が揃うように、地層モデルMの全部又は一部の構成点のZ座標を変換する。例えば、各(xn、yn)ごとに係数knが設定され、構成点(x1、y1、z1)→(x1、y1、z1’)、z1’=k1・z1と変換する。これにより、図3に例示するように、表面TSの山の部分が下げられ、谷の部分が上げられて、表面TS’、四つの側面SS’及び底面BSを有する直方体形状の形状モデルM’が生成される。形状モデルM’は、地層L1~L3に対応するL1’~L3’と、地層境界GB1、GB2に対応する地層境界GB1’、GB2’とを有している。 In the process of S2 in FIG. 2, the surface TS of the stratum model M is made a flat horizontal surface, and the stratum model M is deformed into a rectangular parallelepiped shape model M'. An example of the deformation rule will be described later, but the Z coordinates of all or part of the stratum model M are transformed so that the surface TS' is aligned with the depth D of the geometric model M' set in S1. For example, a coefficient kn is set for each (xn, yn), and the constituent point (x1, y1, z1)→(x1, y1, z1′), z1′=k1·z1. As a result, as illustrated in FIG. 3, the peak portions of the surface TS are lowered and the valley portions are raised to form a rectangular parallelepiped shape model M' having a surface TS', four side surfaces SS' and a bottom surface BS. is generated. The shape model M' has layers L1' to L3' corresponding to the layers L1 to L3, and layer boundaries GB1' and GB2' corresponding to the layer boundaries GB1 and GB2.

図2のS3では、形状モデルM’を複数のブロックに分割する。図3では、一例として、同じ直方体形状のB1’~B8’の8つのブロックに分割されている。形状モデルM’の分割は、垂直な平面により区切ることにより行う。分割方向(X、Yの少なくともいずれか一方向)やブロックのサイズ等はS1で設定される。各ブロックの位置情報やブロック間の境界面の位置情報が記憶される。 In S3 of FIG. 2, the geometric model M' is divided into a plurality of blocks. In FIG. 3, as an example, it is divided into eight blocks B1' to B8' having the same rectangular parallelepiped shape. The division of the geometric model M' is performed by dividing it by vertical planes. The division direction (at least one of X and Y), block size, etc. are set in S1. Positional information of each block and positional information of boundaries between blocks are stored.

図2のS4では、各ブロックのメッシュ化を行ってブロック毎のメッシュを生成する。処理対象とするブロックの順序は予め定めた規則に従い、例えば、ブロックB1’を最初の処理対象として順次各ブロックのメッシュ化が行われる。ブロックのメッシュ化は、S1で設定された条件(各地層毎のメッシュ要素のサイズ等)で行われる。メッシュ要素としては、四面体要素や六面体要素等を用いることができる。即ち、各地層は、四面体要素や六面体要素によりメッシュ化することができる。ブロック毎のメッシュデータ(メッシュの節点及び結線の配置を示す情報、メッシュの物性情報(S波速度、P波速度、密度、S波Q値及びP波Q値等)が、そのブロックの位置情報と関連付けて記憶装置5に登録(保存)される。 In S4 of FIG. 2, each block is meshed to generate a mesh for each block. The order of blocks to be processed follows a predetermined rule. For example, block B1' is the first to be processed, and each block is meshed sequentially. Block meshing is performed under the conditions set in S1 (size of mesh element for each layer, etc.). A tetrahedral element, a hexahedral element, or the like can be used as the mesh element. That is, each layer can be meshed with tetrahedral elements or hexahedral elements. Mesh data for each block (information indicating the arrangement of mesh nodes and connections, mesh physical property information (S wave velocity, P wave velocity, density, S wave Q value and P wave Q value, etc.) is the position information of the block is registered (stored) in the storage device 5 in association with the .

一のブロックのメッシュ化が完了すると、次のブロックのメッシュ化を行う。処理対象ブロックが、メッシュ化済みのブロックと隣接する場合、これら隣接するブロック間の境界面において節点及び結線が一致するようにメッシュ化される。すなわち、処理対象ブロックの境界面は、節点及び結線の配置が拘束される拘束面となる。図4はその一例を示している。メッシュ化済みのブロックBnと、次の処理対象ブロックBn+1とは、境界面Sn、Sn+1を有しており、境界面Sn上の節点及び結線は、境界面Sn+1に転用される。拘束面を有する処理対象ブロックのメッシュ化手法については特許文献1~3の手法を適用することができる。こうして全ブロックB1’~B8’のメッシュ化が行われる。 When the meshing of one block is completed, the meshing of the next block is performed. If a block to be processed is adjacent to a block that has already been meshed, it is meshed so that the nodes and connections on the boundary surface between these adjacent blocks match. That is, the boundary surface of the block to be processed becomes a constraint surface on which the placement of nodes and connections is constrained. FIG. 4 shows an example of this. The meshed block Bn and the next block to be processed Bn+1 have boundary surfaces Sn and Sn+1, and the nodes and connections on the boundary surface Sn are diverted to the boundary surface Sn+1. The methods of Patent Documents 1 to 3 can be applied to the meshing method of a block to be processed having a constraint surface. In this way, all blocks B1' to B8' are meshed.

図2のS5では、S2で採用(適用)した変形ルールを逆に採用(適用)することで、S4で作成したブロック毎のメッシュを垂直方向に変形し、元の地層モデルMの形状を反映したブロック毎のメッシュを得る。図3は、S4で作成したブロックB1’、B2’のメッシュが、元の地層モデルMの形状を反映したブロックB1、B2のメッシュに変換されたことを模式的に示している。変換は、例えば、メッシュの各節点のZ座標に係数kの逆数をかけて、(xn、yn、zn)→(xn、yn、1/kn・zn)と変換し、最終的なメッシュの節点の座標及び結線の配置を示す情報を得る。この情報は記憶装置5に登録される。 In S5 of FIG. 2, the deformation rule adopted (applied) in S2 is reversely adopted (applied), so that the mesh for each block created in S4 is vertically deformed to reflect the shape of the original stratum model M. get a mesh for each block. FIG. 3 schematically shows that the meshes of blocks B1' and B2' created in S4 are converted into meshes of blocks B1 and B2 reflecting the shape of the original stratum model M. FIG. For the conversion, for example, the Z coordinate of each node of the mesh is multiplied by the reciprocal of the coefficient k to convert (xn, yn, zn) to (xn, yn, 1/kn·zn), and the final mesh node Obtain information indicating the coordinates of and the arrangement of connections. This information is registered in the storage device 5 .

以上の手順により、地層モデルMの表面TSの起伏を表現した、ブロック単位のメッシュを得ることができる。地層モデルMのメッシュは、ブロック単位で登録されているので、解析に必要な複数のブロックを結合して地層モデルMの部分モデルのメッシュを容易に得ることができる。すなわち、結合対象の各ブロックには、その隣接ブロックとの境界面に、配置が同じ節点及び結線が配置されている。このため、各ブロックのメッシュを結合する際には、重複する節点及び結線の夫々を、一つの節点又は結線の情報としてまとめるだけで、部分モデルのメッシュを得ることができる。地層モデルMとして、広域の地質モデルを採用し、予め各ブロックのメッシュをデータベース化しておけば、様々な地域の地層モデルのメッシュを容易に得られる。このため、様々な震源の地震波動解析に対応することができて、地震波動解析を容易にすることができる。 Through the above procedure, a block-by-block mesh expressing the undulations of the surface TS of the stratum model M can be obtained. Since the mesh of the stratum model M is registered in units of blocks, it is possible to easily obtain meshes of partial models of the stratum model M by combining a plurality of blocks necessary for analysis. That is, in each block to be combined, nodes and connections with the same arrangement are arranged on the boundary surface with the adjacent block. Therefore, when combining the meshes of each block, it is possible to obtain the mesh of the partial model simply by combining each of the overlapping nodes and connections as one piece of node or connection information. If a wide-area geological model is adopted as the stratum model M and meshes of each block are stored in a database in advance, meshes of stratum models in various regions can be easily obtained. Therefore, seismic wave motion analysis of various seismic sources can be handled, and seismic wave motion analysis can be facilitated.

<変形ルール>
上記のメッシュの生成例では、地層モデルMを一旦直方体の形状モデルM’に変形してメッシュを作成し、モデル形状が元の地層モデルに戻るようにメッシュを変形するという手順を採用している。メッシュの変形はZ方向のみであるが、メッシュの変形により、変形後のアスペクト比が高くなってしまう等、メッシュの品質を低下させる場合がある。
<Transformation rules>
In the above mesh generation example, a procedure is adopted in which the stratum model M is once deformed into a rectangular parallelepiped shape model M' to create a mesh, and the mesh is deformed so that the model shape returns to the original stratum model. . Although the mesh is deformed only in the Z direction, the mesh deformation may degrade the quality of the mesh, such as increasing the aspect ratio after deformation.

例えば、地震動の波動伝播解析においては、各地層の地盤中の波の伝播速度に応じて波長の長さが変わる。このため、各地層によって必要なメッシュのサイズは異なる場合がある。一般には、一波長の中に10要素のメッシュが確保されることが好ましい。形状モデルM’を基準としてメッシュ化した場合、メッシュの変形後のメッシュのサイズが大きすぎると波長の長さに応じた要素数を確保できない場合がある。また、波動伝播解析に陽解法を用いる場合、解の安定性を保証するために計算時間ステップを、メッシュのサイズと地盤の固さとから求められる一定の値以下に定める必要がある(クーラン条件:計算時間ステップ<メッシュサイズ/伝播速度)。形状モデルM’を基準としてメッシュ化した場合、メッシュの変形によってこうした条件が満たされなくなることは回避されることが好ましい。 For example, in wave propagation analysis of seismic motion, the length of the wavelength changes according to the wave propagation speed in the ground of each layer. Therefore, the required mesh size may differ depending on each layer. In general, it is preferable to reserve a mesh of 10 elements in one wavelength. When meshing is performed with the shape model M' as a reference, if the size of the mesh after deformation is too large, it may not be possible to secure the number of elements corresponding to the length of the wavelength. Also, when using the explicit method for wave propagation analysis, it is necessary to set the calculation time step below a certain value determined from the size of the mesh and the hardness of the ground in order to guarantee the stability of the solution (Courant condition: calculation time step < mesh size/propagation velocity). When the geometric model M' is meshed as a reference, it is preferable to prevent such conditions from being unsatisfied due to deformation of the mesh.

そこで、本実施形態では、S2の形状モデルの生成において適用する変形ルールを、2種類の変形ルールの中から選択的に採用可能としている。2種類の変形ルールから、メッシュの変形が許容範囲に収まる変形ルールを選択することができる。図5(A)~図5(C)はその説明図である。図5(A)は変形前の地層モデルMの垂直断面形状を示している。厚さH1、H2、H3は、各地層L1、L2、L3の水平面上の同じ位置(以下、参照位置という)における層厚を示している。深さDは形状モデルM’の深さ(図3参照)である。 Therefore, in the present embodiment, the deformation rule applied in the generation of the shape model in S2 can be selectively adopted from two types of deformation rules. From two types of deformation rules, a deformation rule that allows mesh deformation to fall within an allowable range can be selected. 5A to 5C are explanatory diagrams thereof. FIG. 5A shows the vertical cross-sectional shape of the stratum model M before deformation. Thicknesses H1, H2, and H3 indicate layer thicknesses at the same position (hereinafter referred to as reference position) on the horizontal plane of each layer L1, L2, and L3. Depth D is the depth of the shape model M' (see FIG. 3).

図5(B)は一つ目の変形ルールを採用した形状モデルM’を示している。破線は地層モデルMの表面又は地層境界を示している。一つ目の変形ルールは最下層以外の各層の層厚を保ったまま地層モデルを変形するルールである(層厚維持ルールと呼ぶ)。地層L1、L2、L3に対応する地層L1’、L2’、L3’の参照位置における層厚は、H1-1(=H1)、H2-1(=H2)、H3-1である。H3-1=D-(H1+H2)である。地層数を1~nとして、各地層の元の層厚Hと変形後の層厚H’を一般式で表すと、
Hi’(X、Y)=Hi(X、Y)
(i=1~n-1)
Hn’(X、Y)=D-(H1(X、Y)+H2(X、Y)+...+Hn-1(X、Y))
である。
FIG. 5(B) shows a shape model M' that adopts the first deformation rule. A dashed line indicates the surface of the stratum model M or the stratum boundary. The first deformation rule is a rule for deforming the stratum model while maintaining the layer thickness of each layer except for the lowest layer (referred to as layer thickness maintenance rule). Layer thicknesses at the reference positions of layers L1′, L2′, and L3′ corresponding to layers L1, L2, and L3 are H1-1 (=H1), H2-1 (=H2), and H3-1. H3-1=D-(H1+H2). If the number of strata is 1 to n, and the original layer thickness H of each layer and the layer thickness H' after deformation are expressed by a general formula,
Hi'(X,Y)=Hi(X,Y)
(i = 1 to n-1)
Hn'(X,Y)=D-(H1(X,Y)+H2(X,Y)+...+Hn-1(X,Y))
is.

S2でのZ座標の変換は、
Z’(X、Y)=Z(X、Y)-(Hn-Hn’)
(最下層以外)
Z’(X、Y)=Z(X、Y)×(Hn’/Hn)
(最下層)
となる。
The transformation of the Z coordinate in S2 is
Z'(X, Y)=Z(X, Y)-(Hn-Hn')
(Other than bottom layer)
Z′(X, Y)=Z(X, Y)×(Hn′/Hn)
(bottom layer)
becomes.

S5でのメッシュのZ座標の変換は、
Z(X、Y)=Z’(X、Y)+(Hn-Hn’)
(最下層以外のメッシュ)
Z(X、Y)=Z’(X、Y)×(Hn/Hn’)
(最下層のメッシュ)
となる(Z’:S4のメッシュ化後の座標、Z:S5の変形後の座標)。
The transformation of the Z coordinate of the mesh in S5 is
Z(X, Y)=Z'(X, Y)+(Hn-Hn')
(Mesh other than the bottom layer)
Z (X, Y) = Z' (X, Y) x (Hn/Hn')
(bottom layer mesh)
(Z′: coordinates after meshing of S4, Z: coordinates after deformation of S5).

図5(C)は二つ目の変形ルールを採用した形状モデルM’を示している。二つ目の変形ルールは各層の層厚比を保ったまま地層モデルを変形するルールである(層厚比維持ルールと呼ぶ)。地層L1、L2、L3に対応する地層L1’、L2’、L3’の参照位置における層厚は、H1-2(=H1×D/(H1+H2+H3))、H2-2(=H2×D/(H1+H2+H3))、H3-2(=H3×D/(H1+H2+H3))である。地層数を1~nとして、各地層の元の層厚Hと変形後の層厚H’を一般式で表すと、
Hi’(X、Y)=Hi(X、Y)×D/(H1(X、Y)+H2(X、Y)+...+Hn(X、Y))
である。
FIG. 5(C) shows a geometric model M' that adopts the second deformation rule. The second deformation rule is a rule for deforming the stratum model while maintaining the layer thickness ratio of each layer (referred to as the layer thickness ratio maintenance rule). The layer thicknesses at the reference positions of the layers L1′, L2′, and L3′ corresponding to the layers L1, L2, and L3 are H1−2 (=H1×D/(H1+H2+H3)), H2−2 (=H2×D/( H1+H2+H3)) and H3-2 (=H3×D/(H1+H2+H3)). If the number of strata is 1 to n, and the original layer thickness H of each layer and the layer thickness H' after deformation are expressed by a general formula,
Hi'(X,Y)=Hi(X,Y)*D/(H1(X,Y)+H2(X,Y)+...+Hn(X,Y))
is.

S2でのZ座標の変換は、
Z’(X、Y)=Z(X、Y)×D/(H1(X、Y)+H2(X、Y)+...+Hn(X、Y))
となる。
The transformation of the Z coordinate in S2 is
Z′(X,Y)=Z(X,Y)×D/(H1(X,Y)+H2(X,Y)+...+Hn(X,Y))
becomes.

S5でのメッシュのZ座標の変換は、
Z(X、Y)=Z’(X、Y)/D×(H1(X、Y)+H2(X、Y)+...+Hn(X、Y))
となる(Z’:S4のメッシュ化後の座標、Z:S5の変形後の座標)。
The transformation of the Z coordinate of the mesh in S5 is
Z(X,Y)=Z′(X,Y)/D×(H1(X,Y)+H2(X,Y)+...+Hn(X,Y))
(Z′: coordinates after meshing of S4, Z: coordinates after deformation of S5).

いずれの変形ルールが適当であるかを評価する指標が必要となる。本実施形態の場合、変形前後でのメッシュの垂直方向のひずみを評価指標とする。ひずみ値γは、変形前に対する変形後のメッシュサイズ、つまり変形前に対する変形後の層厚比から、
γi(X、Y)=Hi’(X、Y)/Hi(X、Y)
(i=1~n)
となる。層毎のひずみ値γの最小値をγimin、最大値をγimaxとする。最小ひずみ値、最大ひずみ値が1に近い程、メッシュの変形が小さく抑えられていることを意味する。図2のS1の段階でひずみ値を計算してユーザに提示することで、ユーザはより望ましい変形ルールを選択することができる。
An index for evaluating which deformation rule is appropriate is required. In the case of this embodiment, the strain in the vertical direction of the mesh before and after deformation is used as an evaluation index. The strain value γ is the mesh size after deformation compared to before deformation, that is, the ratio of layer thickness after deformation to before deformation,
γi(X, Y)=Hi'(X, Y)/Hi(X, Y)
(i = 1 to n)
becomes. Let γimin be the minimum value of the strain value γ for each layer, and γimax be the maximum value thereof. It means that the closer the minimum strain value and the maximum strain value are to 1, the smaller the deformation of the mesh is suppressed. By calculating the strain value and presenting it to the user at the stage of S1 in FIG. 2, the user can select a more desirable deformation rule.

また、地層モデルの解析は、機械や建物といった物体の解析と異なり、明確な境界があるのは表面(上部)のみであり、側面や底面は無限に広がる領域とみなすことができる。そこで、本実施形態では、変形ルールの他、深さDも変数としてユーザが設定可能とすることで、メッシュの変形緩和を図ることができる。なお、深さDを大きくすると、メッシュの変形を抑える傾向にあるが、メッシュの数が増加する傾向にあり、解析時の演算負荷が増加することになる。 In addition, unlike the analysis of objects such as machines and buildings, the analysis of a stratum model has a clear boundary only on the surface (upper part), and the side and bottom surfaces can be regarded as an infinitely expanding area. Therefore, in this embodiment, the user can set the depth D as a variable in addition to the deformation rule, so that deformation of the mesh can be alleviated. If the depth D is increased, deformation of the mesh tends to be suppressed, but the number of meshes tends to increase, resulting in an increase in computational load during analysis.

<条件設定>
図2のS1の条件設定の例について説明する。図6はそのフローチャートである。S11では各種条件のユーザによる入力を受け付ける。ここでは地盤条件(各地層の層厚・S波速度・P波速度等)、波動伝播解析で予定されている解析条件(解析対象周期T、一波長中のメッシュの要素数)等が入力される。また、深さDとメッシュの基準サイズ(一番小さいサイズ)の初期値も入力される。
<Condition setting>
An example of condition setting in S1 of FIG. 2 will be described. FIG. 6 is a flow chart thereof. In S11, input of various conditions by the user is accepted. Here, the ground conditions (thickness of each stratum, S-wave velocity, P-wave velocity, etc.), analysis conditions planned for wave propagation analysis (analysis target period T, number of mesh elements in one wavelength), etc. are input. be. Initial values for the depth D and the reference size (smallest size) of the mesh are also input.

S12では、層厚維持ルール、層厚比維持ルールのそれぞれについて、地層毎の最大ひずみ値、最小ひずみ値、変形後のメッシュサイズ(メッシュの基準サイズ×最大ひずみ値)、クーラン条件による計算時間ステップ(メッシュの基準サイズ×最小ひずみ値)が演算される。S13ではS12の演算結果が表示装置9に表示される。図7はその一例を示す。図示の表示例は、地層数が3層の場合が想定されている。 In S12, for each of the layer thickness maintenance rule and the layer thickness ratio maintenance rule, the maximum strain value, minimum strain value, mesh size after deformation (mesh standard size x maximum strain value), and calculation time step based on Courant conditions (Mesh standard size x minimum strain value) is calculated. The calculation result of S12 is displayed on the display device 9 in S13. FIG. 7 shows an example thereof. The illustrated display example assumes that the number of strata is three.

表示例のうち、「最大メッシュサイズ」は、地層のS波速度×解析対象周期÷一波長中のメッシュの要素数により演算される。「メッシュサイズ」は、基準サイズが適用される地層以外は、2の倍数(八分木法の採用を前提とし、図示の例では第2層は2倍、第3層は4倍とされている)である。ユーザは演算結果から深さD、メッシュの基準サイズを修正するか否かを検討することになる。図7の例では、層厚維持ルールの第3層において最大ひずみ値及び最小ひずみ値が許容値(ここでは0.8~1.2)を超えているため、層厚維持ルールの選択は不利となる。また、層厚比維持ルールにおいても最大ひずみ値及び最小ひずみ値が許容値ぎりぎりである。こうした場合、深さDや基準サイズを変更して再試行することで、よりより結果を得ることができる場合がある。 Among the display examples, the "maximum mesh size" is calculated by S-wave velocity of stratum×analyzed period/number of mesh elements in one wavelength. "Mesh size" is a multiple of 2 except for strata to which the standard size is applied (assuming the adoption of the octree method, in the example shown in the figure, the second layer is doubled and the third layer is quadrupled). is). The user will examine whether or not to modify the depth D and the reference size of the mesh based on the calculation result. In the example of FIG. 7, the maximum strain value and the minimum strain value in the third layer of the layer thickness maintenance rule exceed the allowable value (0.8 to 1.2 here), so the selection of the layer thickness maintenance rule is disadvantageous. becomes. In addition, the maximum strain value and the minimum strain value are barely permissible in the layer thickness ratio maintenance rule. In such a case, it may be possible to obtain better results by changing the depth D or the reference size and trying again.

図6のS14では、ユーザが再試行を選択したか否かを判定する。ユーザが再試行を選択した場合、S16へ進み、ユーザによる条件変更の入力を受け付ける。ユーザは、深さDと基準サイズの少なくともいずれか一つを変更する。変更後、S12に戻って同様の処理が実行される。 In S14 of FIG. 6, it is determined whether or not the user has selected retry. If the user selects retry, the process advances to S16 to receive the user's input to change the conditions. The user changes at least one of the depth D and the reference size. After the change, the process returns to S12 and similar processing is executed.

S14で、ユーザが再試行を選択しない場合、S15へ進む。ユーザによる変形ルールの選択を受け付け、各種の条件を現在の条件で確定して処理を終了し、図2のS2以下の処理が実行される。 At S14, if the user does not select retry, proceed to S15. Selection of the transformation rule by the user is accepted, various conditions are determined as the current conditions, and the process ends, and the processes from S2 onward in FIG. 2 are executed.

以上により、本実施形態では特許文献1~3における大規模化、並列処理の適用による高速化の利点を生かしたまま、Z方向にメッシュを変形させることで、地形の起伏を反映したメッシュの生成が可能となる。また、メッシュの変形を備えるために変形ルールを2種類のルールから選択可能であり、更に、深さDを調整パラメータに加えることで、より好ましいメッシュを得ることが可能となる。 As described above, in the present embodiment, while maintaining the advantages of large scale and speeding up by applying parallel processing in Patent Documents 1 to 3, by deforming the mesh in the Z direction, a mesh that reflects the undulations of the terrain is generated. becomes possible. In addition, the deformation rule can be selected from two types of rules to provide deformation of the mesh, and by adding the depth D to the adjustment parameter, it is possible to obtain a more desirable mesh.

以上、発明の実施形態について説明したが、発明は上記の実施形態に制限されるものではなく、発明の要旨の範囲内で、種々の変形・変更が可能である。 Although the embodiments of the invention have been described above, the invention is not limited to the above embodiments, and various modifications and changes are possible within the scope of the gist of the invention.

1 情報処理システム 1 Information processing system

Claims (3)

地層モデルをメッシュ化するメッシュ化方法をコンピュータに実行させるプログラムであって、
前記地層モデルは、起伏を有する表面と、垂直面であると側面と、水平面である底面とを有し、
前記メッシュ化方法は、
前記地層モデルが、所定の変形ルールで垂直方向に変形されることにより、直方体形状の形状モデルが生成される生成手順と、
前記形状モデルが、直方体形状の複数のブロックに分割される手順と、
前記複数のブロックの各ブロックが、隣接するブロック間の境界面において節点及び結線が一致するようにメッシュ化され、ブロック毎のメッシュが生成される手順と、
前記所定の変形ルールが逆に採用されることで、前記メッシュが垂直方向に変形される変形手順と、を備える、
ことを特徴とするプログラム。
A program for causing a computer to execute a meshing method for meshing a stratum model,
The stratum model has an undulating surface, a side surface that is a vertical surface, and a bottom surface that is a horizontal surface,
The meshing method includes:
a generation procedure for generating a rectangular parallelepiped shape model by deforming the stratum model in the vertical direction according to a predetermined deformation rule;
a procedure in which the shape model is divided into a plurality of rectangular parallelepiped blocks;
a procedure in which each block of the plurality of blocks is meshed so that the nodes and connections on the boundary surface between adjacent blocks match to generate a mesh for each block;
a deformation procedure in which the mesh is deformed in the vertical direction by inversely adopting the predetermined deformation rule;
A program characterized by
請求項1に記載のプログラムであって、
前記所定の変形ルールとして、
最下層以外の各層の層厚を保ったまま前記地層モデルを変形する第一の変形ルールと、
各層の層厚比を保ったまま前記地層モデルを変形する第二の変形ルールと、が選択的に採用される、
ことを特徴とするプログラム。
The program according to claim 1,
As the predetermined deformation rule,
a first deformation rule for deforming the stratum model while maintaining the layer thickness of each layer other than the lowest layer;
a second deformation rule for deforming the stratum model while maintaining the layer thickness ratio of each layer is selectively adopted;
A program characterized by
請求項2に記載のプログラムであって、
前記生成手順の前に、前記変形手順による前記メッシュの垂直方向のひずみが、前記第一の変形ルールを採用した場合と、前記第二の変形ルールを採用した場合とについてそれぞれ演算され、その演算結果が表示手段に表示される、
ことを特徴とするプログラム。
The program according to claim 2,
Before the generation procedure, the vertical strain of the mesh due to the deformation procedure is calculated for the case where the first deformation rule is adopted and the case where the second deformation rule is adopted, respectively, and the calculation is performed. the results are displayed on the display means,
A program characterized by
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