JPH08137831A - Analyzing method for field and analyzing method for trajectory of charged particle - Google Patents

Analyzing method for field and analyzing method for trajectory of charged particle

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JPH08137831A
JPH08137831A JP27896394A JP27896394A JPH08137831A JP H08137831 A JPH08137831 A JP H08137831A JP 27896394 A JP27896394 A JP 27896394A JP 27896394 A JP27896394 A JP 27896394A JP H08137831 A JPH08137831 A JP H08137831A
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boundary
region
element method
analysis
field
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Hiroshi Yoneda
弘 米田
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Abstract

PURPOSE: To provide a field analyzing method which can shorten the analysis time which required a long period of time in the conventional method. CONSTITUTION: Boundary element method calculation over the entire region is performed (201). Then the potential ϕ at on the boundary of a sub region and the derivative (q) is its normal-direction are calculated from values of the whole region (202). Thus, the region is divided into sub regions and the boundary provided for the division is calculated. To calculate the electric field at a specific position, the sub region that the position belongs to is selected (204). The selection can easily be done from the coordinate values of the point to be found. When an electric field is found, not the values of the whole region, but the value of the sub region is used (205). Namely, when the point to be found is in the sub region, the electric field is found only through the integration along the boundary of the sub region. The region of integration required for the electric field calculation is reduced to almost 1/4 of that of the conventional example, so the calculation time of the electric field calculation is reduced to a 1/4.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、コンピュータを用いて
境界要素法により場の解析を行う方法に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method for analyzing a field by a boundary element method using a computer.

【0002】[0002]

【従来の技術】電界、磁界、応力変形など偏微分方程式
で表わされる場のコンピュータによる解析には、いくつ
かの手法がある。これらの中で有限要素法は多種媒質の
系などにも容易に適用できるため広く用いられている。
しかし、要素内のポテンシャル分布を次数の低い多項式
の関数で表現するため、ポテンシャル分布の表現能力に
は限界がある。また、ポテンシャルの空間微分である場
の精度はポテンシャルの精度よりも低下するのが一般で
ある。したがって、任意点における場の値に高い精度が
要求される問題には不向きである。
2. Description of the Related Art There are several methods for computer analysis of fields represented by partial differential equations such as electric fields, magnetic fields, and stress deformation. Among them, the finite element method is widely used because it can be easily applied to a system of various media.
However, since the potential distribution in the element is expressed by a function of a polynomial with a low degree, the expression capability of the potential distribution is limited. Also, the accuracy of the field, which is the spatial differential of the potential, is generally lower than the accuracy of the potential. Therefore, it is not suitable for the problem that the field value at an arbitrary point requires high accuracy.

【0003】一方、境界要素法は均一媒質領域での場の
解析に適しており、場の分布を精度よく表現する能力が
ある。
On the other hand, the boundary element method is suitable for analyzing a field in a uniform medium region and has an ability to express the field distribution with high accuracy.

【0004】電界の解析が必要な例として、電子軌道を
求める例を図10に示す。同図において、符号1002
〜1006は電極であり、各々所定の電位を与える。電
極1002の先端1007に電界を集中させ、ここから
射出した電子を、領域1009に発生させた電界と、図
示していない磁界の効果によって、符号1008で示す
ような軌道上を運動させる。このような、電磁界中にお
ける荷電粒子の軌道を求める方法としては、以下のよう
な方法が従来から一般的である。
As an example in which the analysis of the electric field is required, an example of obtaining an electron orbit is shown in FIG. In the figure, reference numeral 1002
Electrodes 1006 each give a predetermined electric potential. An electric field is concentrated on the tip 1007 of the electrode 1002, and the electrons emitted from this are caused to move on an orbit as indicated by reference numeral 1008 by the effect of the electric field generated in the region 1009 and a magnetic field (not shown). As a method for obtaining the trajectory of charged particles in an electromagnetic field, the following method has been generally used.

【0005】(a)領域1009(電極表面1002〜
1006と、仮想境界1001によって囲まれる領域)
内での電界の解析を行う。(ただし、磁界の解析は別途
行うものとし、ここでは電界のみについて説明する。) (b)荷電粒子の運動方程式を用いて粒子の軌道を求め
る。
(A) Area 1009 (electrode surface 1002-
1006 and the area surrounded by the virtual boundary 1001)
The electric field inside is analyzed. (However, the magnetic field is separately analyzed, and only the electric field will be described here.) (B) The trajectory of the particle is obtained using the equation of motion of the charged particle.

【0006】ここでは、電界の解析に境界要素法を用い
た場合について、詳しく説明する。図11に従来の過程
を示している。符号1101は解析領域全体の解析を境
界要素法で行う過程を示す。境界要素法では境界上の量
のみを扱う。ここで問題とする量としては、電位φとそ
れの境界面に対する法線方向微分量qの2種類である。
Here, the case where the boundary element method is used to analyze the electric field will be described in detail. FIG. 11 shows a conventional process. Reference numeral 1101 indicates a process of analyzing the entire analysis region by the boundary element method. The boundary element method deals only with quantities on the boundary. There are two types of quantities to be considered here, namely, the electric potential φ and the normal direction differential quantity q with respect to the boundary surface thereof.

【0007】図10の例で示すと、解析領域1009の
境界1001〜1006におけるφとqの分布が既知で
あれば、領域1009内の任意位置における電位φおよ
び電界ベクトルEを求めることができる。ところで、図
10においては、電極表面の境界1002〜1006で
は電位φが既知であるが、qは未知である。一方、仮想
境界1001では電位φが未知であるが、qは概ね零と
して取り扱うことが可能である。そこで、境界要素法で
は、まず、境界上におけるφとqの既知量を設定する
(図11の1102)。次に、各境界相互間の関係を用
いて未知であったφとqを求める(1103)。
As shown in the example of FIG. 10, if the distributions of φ and q at the boundaries 1001 to 1006 of the analysis region 1009 are known, the potential φ and the electric field vector E at an arbitrary position in the region 1009 can be obtained. By the way, in FIG. 10, the potential φ is known at the boundaries 1002 to 1006 of the electrode surfaces, but q is unknown. On the other hand, although the electric potential φ is unknown at the virtual boundary 1001, q can be treated as almost zero. Therefore, in the boundary element method, first, known quantities of φ and q on the boundary are set (1102 in FIG. 11). Next, unknown φ and q are obtained using the relationship between the boundaries (1103).

【0008】この時点で、解析領域の境界上のφとqの
分布は全て既知となる。したがって、位置を指定すれ
ば、その位置における電界を解析できる。次に、荷電粒
子の運動方程式から電子の軌跡を求めるを過程を説明す
る。
At this point, the distributions of φ and q on the boundary of the analysis area are all known. Therefore, if a position is designated, the electric field at that position can be analyzed. Next, the process of obtaining the electron trajectory from the equation of motion of charged particles will be described.

【0009】まず、軌跡を求めようとする1つの粒子を
決め、その初期条件を設定する(1104)。初期条件
としては、運動を開始する時点での粒子の位置、初速度
がある。
First, one particle whose trajectory is to be obtained is determined, and its initial condition is set (1104). The initial conditions include the position and initial velocity of particles at the time of starting movement.

【0010】次に、粒子の位置における電界の値を、図
10の解析領域の全境界(1001〜1006)上のφ
とqの分布から求める(図11の1105)。これは、
図10の境界1001〜1006上での積分となる。
Next, the value of the electric field at the position of the particle is represented by φ on all boundaries (1001 to 1006) of the analysis region in FIG.
And the distribution of q (1105 in FIG. 11). this is,
The integration is performed on the boundaries 1001 to 1006 of FIG.

【0011】次に、その電界およびここでは説明を省略
した磁界の値を用いて、運動方程式により所定微小時間
Δt後の粒子の位置と速度を求める(図11の110
6)。以下、図11の1105,1106を粒子が最終
位置に達するまでくり返す(1107)。
Next, using the value of the electric field and the magnetic field whose description is omitted here, the position and velocity of the particle after a predetermined minute time Δt are obtained by the equation of motion (110 in FIG. 11).
6). Hereinafter, steps 1105 and 1106 of FIG. 11 are repeated until the particles reach the final position (1107).

【0012】1つの粒子について求めた後、次の粒子に
ついて図11の1104〜1107をくり返す。全ての
粒子について求め終えたら(1108)、軌道を求める
過程を終了する(1109)。
After obtaining one particle, 1104 to 1107 in FIG. 11 are repeated for the next particle. After obtaining all particles (1108), the process of obtaining orbits is ended (1109).

【0013】ここで、問題になるのは求める過程に要す
る時間である。図11の過程では、境界要素法による過
程1101と電界を求める過程に1105に時間がかか
る。運動方程式により軌跡を求める過程1106は、常
微分方程式を用いているので前者の2過程に比べて非常
に速い。1101と1105を比べると、単独では11
01の方が時間がかかるが、1105は回数が多いの
で、総合的には電界を求める過程1105にかかる時間
が、軌道全体を求めるのにかかる時間を決定する。
The problem here is the time required for the process of obtaining. In the process of FIG. 11, it takes time for the process 1101 by the boundary element method and the process of obtaining the electric field 1105. Since the process 1106 of obtaining the locus by the equation of motion uses the ordinary differential equation, it is much faster than the former two processes. Comparing 1101 and 1105, 11
Since 01 takes more time, 1105 has a larger number of times, so overall, the time taken for the step 1105 of obtaining the electric field determines the time taken for obtaining the entire orbit.

【0014】電界を求める過程1105では、図10の
境界1001〜1006上である関数を積分するという
過程を行う。これを1粒子について、1万回程度くり返
し、さらに、複数の粒子について行うことになると、高
速なコンピュータを使用しても多大な時間を要し、実用
上の問題となっていた。
In the step 1105 of obtaining the electric field, a step of integrating the function on the boundaries 1001 to 1006 of FIG. 10 is performed. If this is repeated about 10,000 times for one particle and further for a plurality of particles, it takes a lot of time even if a high-speed computer is used, which is a practical problem.

【0015】さて、次に上記で説明を省略した磁界を求
める方法について説明する。
Now, a method for obtaining the magnetic field, which has not been described above, will be described.

【0016】電子軌道の収束用に用いられる磁界発生装
置を図12に示す。同図で磁性コア1201にコイル1
202(図では断面を示している)が巻かれている。
α,βは対称線を示している。この対称線に関して、磁
性コア1201およびコイル1202は環状に存在して
いる。コイルに電流を流すと符号1204に示すように
磁界が発生する。磁性コアにはギャップ1203が形成
されているので磁界は対称線α−β近傍に漏れ、対称線
近傍を通過する荷電粒子を収束させる方向に力を発生す
ることができる。荷電粒子の軌道を所望するように制御
するためには、磁界発生装置が発生する磁界の分布を正
しく制御する必要がある。設計の観点からいえば、磁界
発生装置の磁性コア1201の形状,材質,コイル形
状,コイルに流す電流値を決定しなくてはならない。従
って、設計においてはこれらの設計要因と粒子の軌道の
関係を予測することが必要である。この予測の最も有力
な手段は数値シミュレーションを行うことである。数値
シミュレーションは大きく分けて2つの過程からなる。
FIG. 12 shows a magnetic field generator used for converging electron trajectories. In the figure, the coil 1 is attached to the magnetic core 1201.
202 (a cross section is shown in the figure) is wound.
α and β indicate lines of symmetry. With respect to this line of symmetry, the magnetic core 1201 and the coil 1202 exist in a ring shape. When a current is passed through the coil, a magnetic field is generated as indicated by reference numeral 1204. Since the gap 1203 is formed in the magnetic core, the magnetic field leaks in the vicinity of the symmetry line α-β and a force can be generated in the direction of converging the charged particles passing near the symmetry line. In order to control the trajectory of the charged particles as desired, it is necessary to properly control the distribution of the magnetic field generated by the magnetic field generator. From a design point of view, the shape, material, coil shape, and current value of the magnetic core 1201 of the magnetic field generator must be determined. Therefore, it is necessary to predict the relationship between these design factors and particle trajectories in design. The most powerful means of making this prediction is to perform numerical simulations. Numerical simulation is roughly divided into two processes.

【0017】1.磁界発生装置の仕様を与えた時に、発
生する磁界の分布を求める。
1. Given the specifications of the magnetic field generator, find the distribution of the magnetic field generated.

【0018】2.上記磁界分布を用いて粒子の運動方程
式を解き、軌道を求める。
2. Solving the equation of motion of particles using the above magnetic field distribution, the trajectory is obtained.

【0019】このうち、磁界分布を求める方法について
はいくつかあるが、有限要素法を用いるのが適してい
る。この理由は、磁性装置の系が、複数の媒質(磁性体
と空気)から形成されており、しかも、磁性コアは磁気
非線系を有している。また、磁性コアの形状は一般に複
雑である。有限要素法は、このような複雑な条件を持つ
系に適している。一方、境界要素法は均質な媒質の場合
を除くと、解析が難しく実用的ではない。
Among these, there are several methods for obtaining the magnetic field distribution, but the finite element method is suitable. The reason for this is that the system of the magnetic device is formed of a plurality of media (magnetic material and air), and the magnetic core has a magnetic non-linear system. Further, the shape of the magnetic core is generally complicated. The finite element method is suitable for systems with such complicated conditions. On the other hand, the boundary element method is difficult to analyze except for a homogeneous medium and is not practical.

【0020】図13は、磁界発生装置の系を有限要素法
で解析する場合の解析領域を示している。符号1301
が解析領域を示す。符号1302は空気部を示す。他の
符号は、図12と同じものを示す。このように、有限要
素法では解析領域を有限にするために、仮想的に境界を
設けるが、この境界が解析の目的とする場所から十分に
離れておれば、境界条件が厳密に正しくなくても解析精
度への影響は小さい。従って、図13のように解析領域
を設ければ、有限要素法によって磁界を求めることがで
きる。
FIG. 13 shows an analysis region when the system of the magnetic field generator is analyzed by the finite element method. Reference numeral 1301
Indicates the analysis area. Reference numeral 1302 indicates an air portion. Other reference numerals indicate the same as those in FIG. As described above, in the finite element method, a boundary is virtually set in order to make the analysis region finite, but if this boundary is sufficiently far from the intended place of analysis, the boundary condition is not exactly correct. However, the influence on the analysis accuracy is small. Therefore, if the analysis region is provided as shown in FIG. 13, the magnetic field can be obtained by the finite element method.

【0021】ところで、有限要素法では、各要素(領域
要素であって、2次元解析では面要素、3次元解析では
体積要素)の中を所定の関数(通常は多項式の関数)に
よって解の分布を表現しているが、この関数では一般的
な磁界分布を高い精度では表現できない。また、通常
は、ポテンシャルを用いて場を扱うが、この場合には磁
界はポテンシャルの空間微分の形で与えられるので、磁
界分布の表現能力は大幅に低下し、磁界の値の精度は悪
くなる。一方、荷電粒子の軌道を求める場合において
は、求めた磁界の精度が軌道の精度に大きく影響するた
め、磁界分布を精度よく求めることが重要である。ま
た、粒子が通過する領域は極めて狭い領域であることが
多い。例えば、図12においては、対称線α−βの極め
て近傍を粒子が通過する。この狭い領域内の磁界分布を
精度良く求めるためには、磁界を求める有限要素分割
を、これに見合うように細かくする必要があるが、求め
るための時間が膨大となるので現実的ではない。また、
要素を一方向にのみ細かくすると、要素形状が偏平とな
り精度が悪化する問題もある。
By the way, in the finite element method, the distribution of the solution in each element (region element, which is a surface element in the two-dimensional analysis and the volume element in the three-dimensional analysis) by a predetermined function (usually a polynomial function). However, this function cannot represent a general magnetic field distribution with high accuracy. Normally, the field is handled using the potential, but in this case, the magnetic field is given in the form of the spatial differentiation of the potential, so the expression capability of the magnetic field distribution is greatly reduced, and the accuracy of the magnetic field value is deteriorated. . On the other hand, when obtaining the trajectory of the charged particles, the accuracy of the obtained magnetic field has a great influence on the accuracy of the trajectory, so it is important to obtain the magnetic field distribution with high accuracy. Further, the region through which particles pass is often an extremely narrow region. For example, in FIG. 12, particles pass very near the symmetry line α-β. In order to obtain the magnetic field distribution in this narrow region with high accuracy, it is necessary to make the finite element division for obtaining the magnetic field fine so as to be commensurate with this, but it is not realistic because the time for obtaining is enormous. Also,
If the element is made fine in only one direction, the element shape becomes flat and the accuracy deteriorates.

【0022】このような問題を解決する手段としては、
有限要素法により磁界を求めたあと、その結果を用いて
境界要素法計算を行うことである。図14はこれを説明
するための図である。符号1301,1302,120
1,1202は図13と同じものを示す。符号1403
は境界要素法で解析する領域、符号1401,1402
は境界要素法領域の境界である。境界要素法領域の設定
の仕方としては、各種数えられるが、ここでは境界要素
法領域の境界を、有限要素メッシュの要素境界に一致さ
せる場合を説明する。図15は、これを模式的に示す図
であり、1次三角形要素で分割された要素分割図を示
す。この要素分割の外側に位置する節点1501〜15
10が形成する境界を境界要素法の境界に一致させ、有
限要素法の節点1501〜1510および辺1531〜
1540をそのまま境界要素法の節点および境界要素
(線要素)として用いる。
As means for solving such a problem,
After obtaining the magnetic field by the finite element method, the boundary element method calculation is performed using the result. FIG. 14 is a diagram for explaining this. Reference numerals 1301, 1302, 120
1, 1202 shows the same thing as FIG. Reference numeral 1403
Is an area to be analyzed by the boundary element method, reference numerals 1401 and 1402
Is the boundary of the boundary element method area. Various methods can be used to set the boundary element method region, but here, the case where the boundary of the boundary element method region is made to coincide with the element boundary of the finite element mesh will be described. FIG. 15 is a diagram schematically showing this, and shows an element division diagram divided by primary triangle elements. Nodes 1501 to 15 located outside this element division
The boundary formed by 10 is made to coincide with the boundary of the boundary element method, and nodes 1501 to 1510 and sides 1531 of the finite element method are formed.
1540 is used as it is as a node and a boundary element (line element) of the boundary element method.

【0023】有限要素法解析において磁気ベクトルポテ
ンシャルを用いたとすると、節点1501〜1510に
おける磁気ベクトルポテンシャルの値と辺1531〜1
540における平均磁束密度の法線方向成分の値Bn
既知である。境界要素法では未知数として用いる量を何
にするかよって、何種類かの方法があるが、ここでは、
扱い易い磁気スカラポテンシャルΩを使用する場合を説
明する。磁気スカラポテンシャルΩは、磁界HX ,H
Y ,HZ に対し、以下のように定義される。
If the magnetic vector potential is used in the finite element method analysis, the value of the magnetic vector potential at the nodes 1501 to 1510 and the sides 1531 to 1 will be described.
The value B n of the normal direction component of the average magnetic flux density at 540 is known. In the boundary element method, there are several kinds of methods depending on what is used as the unknown quantity, but here,
The case of using a magnetic scalar potential Ω that is easy to handle will be described. The magnetic scalar potential Ω is the magnetic field H X , H
It is defined as follows for Y and H Z.

【0024】[0024]

【数1】 [Equation 1]

【0025】従って、図15の辺1531〜1540に
おける法線方向磁界Hn は次式となる。
Therefore, the magnetic field H n in the normal direction on the sides 1531 to 1540 of FIG. 15 is given by the following equation.

【0026】[0026]

【数2】 [Equation 2]

【0027】いま、境界要素として0−1次要素、つま
り磁気スカラポテンシャルは境界要素上で1次分布と
し、その法線方向微分(この場合は磁界の法線方向成
分)は境界要素上で一定値をもつような要素を採用す
る。こうすれば、境界要素法で扱う量は境界節点でのポ
テンシャル値Ωと、境界要素上でのポテンシャルの法線
方向微分∂Ω/∂n(=−Bn /μo )となる。ところ
で、有限要素法解析の結果から辺上での平均磁束密度B
n は既知であるので、∂Ω/∂nは既知である。そこ
で、境界要素法では、Ωのみを未知数として方程式を立
てればよい。
Now, as the boundary element, a 0-1 order element, that is, the magnetic scalar potential is a primary distribution on the boundary element, and its normal direction differential (in this case, the magnetic field normal direction component) is constant on the boundary element. Adopt elements that have values. In this way, the quantity handled by the boundary element method is the potential value Ω at the boundary node and the differential in the normal direction of the potential on the boundary element ∂Ω / ∂n (= −B n / μ o ). By the way, from the result of the finite element method analysis, the average magnetic flux density B on the side
Since n is known, ∂Ω / ∂n is known. Therefore, in the boundary element method, an equation may be established with only Ω as an unknown number.

【0028】Ωが境界要素法によって求まれば、境界要
素上のΩと∂Ω/∂nの分布は全て既知となるので、境
界要素法領域(図14の1403)内の任意の点におけ
るポテンシャルおよび磁界は所定の関数を境界要素上で
積分することによって求めることができる。
If Ω is obtained by the boundary element method, the distributions of Ω and ∂Ω / ∂n on the boundary element are all known, so that the potential at any point in the boundary element method region (1403 in FIG. 14). And the magnetic field can be determined by integrating a given function on the boundary element.

【0029】境界要素法では解分布を正確に表現するこ
とができるので、精度の高いポテンシャルおよび場の解
析が可能である。
Since the solution distribution can be accurately expressed by the boundary element method, it is possible to analyze the potential and field with high accuracy.

【0030】なお、境界要素法では、境界近傍において
精度が悪い傾向があるが、図14の対称線上の境界14
02には対称性の条件から境界要素を設ける必要が無い
ので、対称線近傍を通過する粒子位置における磁界の精
度は高く、境界の存在による精度悪化は生じない。ま
た、境界要素法によれば極めて狭い領域における微細な
磁界分布も精度良く求めることができる。
In the boundary element method, the accuracy tends to be poor near the boundary, but the boundary 14 on the line of symmetry in FIG.
Since 02 does not need to have a boundary element due to the condition of symmetry, the accuracy of the magnetic field at the particle position passing near the symmetry line is high, and the accuracy is not deteriorated due to the existence of the boundary. Further, according to the boundary element method, it is possible to accurately obtain a fine magnetic field distribution in an extremely narrow area.

【0031】しかし、この方法では計算時間が問題であ
った。1点における磁界を求めるためには全ての境界要
素上で積分を行う必要がある。また、粒子の軌道を求め
るためには1粒子について、1万回程度の解析を行う必
要があり、これを多粒子について行うとすると、磁界を
求めるのに要する時間が膨大となり、高速のコンピュー
タを使用しても実用的な時間で完了することができなか
った。
However, this method has a problem in calculation time. In order to obtain the magnetic field at one point, it is necessary to perform integration on all boundary elements. In addition, in order to obtain the trajectory of particles, it is necessary to analyze about 10,000 times for one particle. If this is performed for many particles, the time required to find the magnetic field becomes enormous, and a high-speed computer is required. Even if it was used, it could not be completed in a practical time.

【0032】[0032]

【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、上記
のように、これまでの解析では時間がかかっていた場の
解析を、時間を短縮して行えることができる場の解析方
法を提供するものである。
SUMMARY OF THE INVENTION As described above, an object of the present invention is to provide a field analysis method capable of shortening the time required for field analysis that has been time-consuming in the conventional analysis. To do.

【0033】[0033]

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、請求項1記載の発明は、境界要素法によって解析領
域内の電界などの場を解析する方法において、解析領域
内に1個以上の部分領域を作成する過程と、この部分領
域の境界上での値をもとの解析領域の値から解析する過
程と、部分領域内の所定位置における値を部分領域の境
界上の値を用いて解析する過程とからなることを特徴と
する場の解析方法である。
In order to achieve the above object, the invention according to claim 1 is a method for analyzing a field such as an electric field in an analysis region by a boundary element method. The process of creating the sub-region of, the process of analyzing the value on the boundary of this sub-region from the value of the original analysis region, and the value at the predetermined position in the sub-region using the value on the boundary of the sub-region It is a method of analyzing a field, which comprises a process of

【0034】請求項2記載の発明は、前記部分領域を作
成する過程において、部分領域の境界がもとの解析領域
の境界と共有部分を有しないことを特徴とする請求項1
記載の場の解析方法である。
According to a second aspect of the present invention, in the process of creating the partial area, the boundary of the partial area does not have a common portion with the boundary of the original analysis area.
This is the field analysis method described.

【0035】請求項3記載の発明は、前記部分領域を作
成する過程において、部分領域が形成する境界の一部が
もとの解析領域の境界と一致していることを特徴とする
請求項1記載の場の解析方法である。
According to a third aspect of the present invention, in the process of creating the partial area, a part of the boundary formed by the partial area matches the boundary of the original analysis area. This is the field analysis method described.

【0036】請求項4記載の発明は、前記部分領域を作
成する過程において、部分領域が隣接する他の部分領域
と重複部分を有していることを特徴とする請求項1〜3
記載の場の解析方法である。
The invention according to claim 4 is characterized in that, in the process of creating the partial area, the partial area has an overlapping portion with another adjacent partial area.
This is the field analysis method described.

【0037】請求項5記載の発明は、請求項1〜4いず
れか1項記載の場の解析方法を用いて、荷電粒子の軌道
を求めることを特徴とする軌道解析方法である。
A fifth aspect of the present invention is an orbital analysis method, wherein the orbit of a charged particle is obtained by using the field analysis method according to any one of the first to fourth aspects.

【0038】請求項6記載の発明は、場の解析方法であ
って、有限要素法を用いて解析領域内を解析する第1の
過程と、その解析領域の内部に境界要素法領域を設ける
第2の過程と、境界要素法領域の境界上の有限要素境界
を境界要素とし有限要素法により得た値を用いて未知の
境界値を境界要素法により求める第3の過程と、境界要
素法領域内の所定位置における諸量の値を境界要素法領
域の境界値に基づいた境界要素法によって求める第4の
過程からなる場を解析する方法において、前記第2の過
程は、有限要素法による解析領域内に2個以上の境界要
素法領域を作成する過程と、前記第4の過程は、所定位
置における諸量の値をその位置を内部に有する前記境界
要素法領域の境界値に基づいた境界要素法によって求め
る過程で行うことを特徴とする場の解析方法である。
According to a sixth aspect of the present invention, there is provided a field analysis method, which comprises a first step of analyzing the inside of an analysis region using the finite element method and a first step of providing a boundary element method region inside the analysis region. The second process, the finite element on the boundary of the boundary element method region, the third process of obtaining an unknown boundary value by the boundary element method using the boundary as the boundary element, and the boundary element method region In the method for analyzing a field, which comprises a fourth step of obtaining the values of various quantities at a predetermined position in the boundary element method based on the boundary value of the boundary element method area, the second step is an analysis by the finite element method. The step of creating two or more boundary element method areas in the area and the fourth step include the boundary based on the boundary value of the boundary element method area having the values of various quantities at a predetermined position therein. What to do in the process of obtaining by the element method It is a field method of analysis which is characterized.

【0039】請求項7記載の発明は、前記部分領域が隣
接する境界要素法領域間に重複する領域を有することを
特徴とする請求項6に記載の場の解析方法である。
The invention according to claim 7 is the field analysis method according to claim 6, characterized in that the partial areas have areas overlapping between adjacent boundary element method areas.

【0040】請求項8記載の発明は、請求項6又7記載
の場の解析方法を用いて、荷電粒子の軌道を求めること
を特徴とする軌道解析方法である。
The invention according to claim 8 is a trajectory analysis method characterized in that the trajectory of a charged particle is obtained by using the field analysis method according to claim 6 or 7.

【0041】請求項9記載の発明は、コンピュータを用
いて行う請求項1〜8いずれか1項記載の解析方法。
The invention according to claim 9 is the analysis method according to any one of claims 1 to 8, which is performed by using a computer.

【0042】[0042]

【作用】この発明を用いると、計算時間を短縮でき、し
かも精度を低下されることはない。
According to the present invention, the calculation time can be shortened and the accuracy is not lowered.

【0043】[0043]

【実施例】以下、図面を参照して本発明の実施例を詳細
に説明する。
Embodiments of the present invention will be described below in detail with reference to the drawings.

【0044】図1は、本発明が実行されるコンピュータ
システムの構成を示すブロック図である。図1におい
て、101はCPUで、システム全体の制御を行ってい
る。102はキーボードで、102aのマウスとともに
システムの入力するために使用される。103は、表示
装置でCRTや液晶等で構成されている。104はRO
M、105はRAMで、システムの記憶装置を構成し、
システムが実行するプログラムやシステムが利用するデ
ータを記憶する。106はハードディスク装置、107
はフロッピーディスク装置で、システムのファイルシス
テムに使用される外部記憶装置を構成している。108
はプリンタである。
FIG. 1 is a block diagram showing the configuration of a computer system in which the present invention is executed. In FIG. 1, reference numeral 101 denotes a CPU, which controls the entire system. A keyboard 102 is used for system input together with a mouse 102a. A display device 103 is composed of a CRT, a liquid crystal, or the like. 104 is RO
M and 105 are RAMs, which constitute a storage device of the system,
Stores programs executed by the system and data used by the system. 106 is a hard disk device, 107
Is a floppy disk device and constitutes an external storage device used for the file system of the system. 108
Is a printer.

【0045】図1に示されたコンピュータシステムにお
いて、本発明の場の解析は実施される。
In the computer system shown in FIG. 1, the field analysis of the present invention is performed.

【0046】[第1実施例]図2および図3は本発明の
第1実施例を示すものであり、図2は本発明の場の解析
をする手順を示すフローチャート、図3は本発明の場の
解析方法を説明する図である。
[First Embodiment] FIGS. 2 and 3 show a first embodiment of the present invention. FIG. 2 is a flow chart showing a procedure for field analysis of the present invention, and FIG. 3 is a flow chart of the present invention. It is a figure explaining the analysis method of a field.

【0047】図3は従来例の図10に対応するものであ
るが、図10に示す計算領域1009を、310〜31
3の4個の部分領域に分割している。このため、図10
にはなかった新しい境界307〜309が新しく生じて
いる。図3における境界301〜304は図10の対応
する境界に等しい。また、符号321〜325は、境界
301〜304のうち電極表面に該当する部分を示す。
Although FIG. 3 corresponds to FIG. 10 of the conventional example, the calculation area 1009 shown in FIG.
It is divided into 4 partial areas of 3. Therefore, FIG.
There are new boundaries 307-309 that did not exist. Boundaries 301-304 in FIG. 3 are equal to the corresponding boundaries in FIG. Further, reference numerals 321 to 325 denote portions of the boundaries 301 to 304 corresponding to the electrode surface.

【0048】次に、図2を用いて本発明の実施例におけ
る計算手順を説明する。全体的な計算の流れは同じなの
で、従来の境界要素法と異なる部分を説明する。まず3
10〜313からなる全体領域における境界要素法計算
を境界301〜304を用いて行う(図2の201)。
これは従来例と同じである。次に、新しく生じた境界3
07〜309上における、電位φとその法線方向微分値
qを、全体領域の値(境界301〜304上のφ,q)
から計算する(図2の202)。このように、部分領域
に分け、分けるために設けた境界を計算することが、従
来の境界要素法と異なっている。
Next, the calculation procedure in the embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. Since the flow of the whole calculation is the same, the part different from the conventional boundary element method will be explained. First 3
Boundary element method calculation in the entire region including 10 to 313 is performed using the boundaries 301 to 304 (201 in FIG. 2).
This is the same as the conventional example. Next, new boundary 3
The potential φ and its normal direction differential value q on 07-309 are the values of the entire region (φ, q on the boundaries 301-304).
(202 in FIG. 2). In this way, dividing into the partial regions and calculating the boundaries provided for the division are different from the conventional boundary element method.

【0049】次に、所定の位置の電界の計算を行うにあ
たってはまずその位置が属する部分領域を選択する(図
2の204)。これは図3の例であれば、求める点の座
標値から容易に行える。
Next, in calculating the electric field at a predetermined position, first, the partial region to which the position belongs is selected (204 in FIG. 2). In the case of the example of FIG. 3, this can be easily performed from the coordinate values of the points to be obtained.

【0050】電界を求める場合、全体領域の値ではなく
部分領域の値を用いて行う(図2の205)。つまり、
従来は図3の301〜304の境界上で積分計算を行っ
たが、本実施例では、例えば求める点が部分領域310
の中にある場合には、境界301と307上の積分のみ
で電界を求める。
When the electric field is obtained, the value of the partial region is used instead of the value of the entire region (205 in FIG. 2). That is,
Conventionally, the integral calculation was performed on the boundaries of 301 to 304 in FIG. 3, but in the present embodiment, for example, the point to be obtained is the partial region 310.
, The electric field is obtained only by integration on the boundaries 301 and 307.

【0051】あとの手順は上記の従来と同じである。The rest of the procedure is the same as the above-mentioned conventional method.

【0052】この実施例においては、電界計算に要する
積分の領域が従来例の約1/4に減少する。このため電
界計算に要する計算時間も1/4に減少し、この結果、
軌道計算に要する計算時間そのものを1/4に短縮する
という効果がある。
In this embodiment, the integration area required for the electric field calculation is reduced to about 1/4 of that of the conventional example. Therefore, the calculation time required to calculate the electric field is reduced to 1/4, and as a result,
This has the effect of reducing the calculation time itself required for trajectory calculation to 1/4.

【0053】本実施例においては、図2の202の過程
が追加されているが、図2の202で計算する回数は、
図2の205での計算回数に比べれば無視できる程わず
かなものである。
In this embodiment, the step 202 in FIG. 2 is added, but the number of calculations in 202 in FIG.
It is negligible compared to the number of calculations in 205 of FIG.

【0054】また、本実施例では、4個の部分領域に分
割したが、もっと多くの部分領域に分割すれば、より大
きな効果が得られる。
Further, in the present embodiment, the division into four partial areas is carried out, but a larger effect can be obtained by dividing into more partial areas.

【0055】図3は、説明の都合上実際の縮尺とは異る
模式図で示しているが、実際には上下幅と横長さの比は
1:100程もあるので、今回示した部分領域の数4以
上の多くの部分領域にすることは極めて妥当である。
FIG. 3 is a schematic diagram different from the actual scale for convenience of description, but since the ratio of the vertical width to the horizontal length is about 1: 100 in practice, the partial region shown this time is shown. It is extremely reasonable to make many partial regions of the above equation 4 or more.

【0056】[第2実施例]本発明の第2の実施例を図
4に示す。
[Second Embodiment] A second embodiment of the present invention is shown in FIG.

【0057】本実施例では、第1実施例と同じく4個の
部分領域を作成しているが、これらの部分領域は隣りあ
う部分領域との間に重複部441〜443を有している
ところが異る。
In this embodiment, four partial areas are created as in the first embodiment. However, these partial areas have overlapping portions 441 to 443 between adjacent partial areas. Different.

【0058】第1の部分領域は領域410,441から
なり、境界401,421,432をもつ。第2の部分
領域は領域441,411,442からなり、境界43
1,421,402,422,434をもつ。第3の部
分領域は、領域442,412,443からなり、境界
433,422,403,423,436をもつ。第4
の部分領域443,413からなり、境界435,42
3,404をもつ。
The first partial area comprises areas 410 and 441 and has boundaries 401, 421 and 432. The second partial area is composed of areas 441, 411 and 442, and has a boundary 43.
1, 421, 402, 422, 434. The third partial region includes regions 442, 412, 443 and has boundaries 433, 422, 403, 423, 436. Fourth
Boundaries 435, 42.
It has 3,404.

【0059】次に、計算手順を説明する。計算手順は図
2と同じである。つまり、図2の202では、境界43
1〜436について計算を行う。ただし、図2の204
における、部分領域の選択方法が第1実施例と異なるの
で、これを図5を用いて説明する。図5は、図4におけ
る第1の部分領域と第2の部分領域の連結部を示してい
る。連結部では、2つの部分領域が重複しているので、
どちらを選択するかの判断基準が必要である。図5で
は、符号511と512からなる連結部を境界431と
432の中央部付近の位置を示す境界501によって2
分割している。この境界501は、単に位置の判別の基
準として設けただけのものである。
Next, the calculation procedure will be described. The calculation procedure is the same as in FIG. That is, at 202 in FIG.
Calculation is performed for 1 to 436. However, in FIG.
Since the method of selecting a partial area in the above is different from that in the first embodiment, this will be described with reference to FIG. FIG. 5 shows a connecting portion between the first partial area and the second partial area in FIG. Since the two partial areas overlap at the connecting part,
It is necessary to have a criterion to decide which one to select. In FIG. 5, the connecting portion formed by the reference numerals 511 and 512 is divided into two by a boundary 501 indicating a position near the center of the boundaries 431 and 432.
It is divided. The boundary 501 is merely provided as a reference for determining the position.

【0060】粒子の位置が境界501の左側つまり連結
部511の領域では第1の部分領域を選択し、境界50
2の右側つまり連結部512の領域では第2の部分領域
を選択する。
In the case where the particle position is on the left side of the boundary 501, that is, in the area of the connecting portion 511, the first partial area is selected and the boundary 50
On the right side of 2, that is, in the area of the connecting portion 512, the second partial area is selected.

【0061】他の計算手順は、第1実施例と同じであ
る。
The other calculation procedure is the same as that of the first embodiment.

【0062】境界要素法では一般に、境界近傍におい
て、電界の計算精度が悪い。つまり、第1実施例におい
ては、図3の境界307〜309の近傍を粒子が通過す
る時に、軌道計算に誤差が生じることになる。しかし、
第2実施例においては境界431〜436近傍における
電界を計算する必要がないので、第1実施例のような誤
差を発生することがない。つまり、第2実施例によれ
ば、軌道計算の精度を、低下させることなく計算時間短
縮の効果を得ることができる。
In the boundary element method, the electric field calculation accuracy is generally poor near the boundary. That is, in the first embodiment, when particles pass near the boundaries 307 to 309 of FIG. 3, an error occurs in the trajectory calculation. But,
In the second embodiment, since it is not necessary to calculate the electric field in the vicinity of the boundaries 431 to 436, the error as in the first embodiment does not occur. That is, according to the second embodiment, the effect of shortening the calculation time can be obtained without lowering the accuracy of the trajectory calculation.

【0063】なお、連結部の長さ(境界431と432
の距離など)は、境界431,432上に作成する境界
要素寸法の2倍以上にとり、部分領域の選択基準境界5
01を両者の中央付近にとるようにすれば、境界近傍に
おける電界計算誤差を避けることが可能である。
The length of the connecting portion (boundaries 431 and 432)
(Distance of) is more than twice the size of the boundary element created on the boundaries 431 and 432, and the selection reference boundary 5
By setting 01 near the center of both, it is possible to avoid an electric field calculation error near the boundary.

【0064】[第3実施例]本発明の第3実施例を図6
に示す。符号601〜604は電極であり所定の電位が
与えられる。この時、符号621で示される領域内の電
界分布を詳細に計算する場合を示している。この計算手
順としては、まず、図2の201に示す境界要素法計算
を行う。これは、電極表面である境界601〜604に
既知電位φ、また、他の境界611〜614に電位の法
線方向微分qを零として与え、境界601〜604での
qおよび境界611〜614でのφを求める計算であ
る。次に、電界を計算しようとする領域621を囲む境
界622を作成し、この境界上でのφとqを、境界60
1〜604,611〜614から計算する(図2の20
2)。そして、領域621内の点での電界は、境界62
2上のφ,qを用いて、その境界上で積分することによ
って計算する(図2の205)。この場合、領域621
内の電界は、境界601〜604,611〜614を用
いて計算するのと比べて、計算時間を大幅に短縮するこ
とができる。本実施例では、境界622上のφ,qを計
算する必要があるので、その計算時間を余分に必要とす
るが、領域621内において電界を計算する回数が多い
場合には、境界601〜604,611〜614をその
まま用いる場合に比べて総合的にも計算時間の短縮を実
現できる。
[Third Embodiment] FIG. 6 shows a third embodiment of the present invention.
Shown in Reference numerals 601 to 604 are electrodes, to which a predetermined potential is applied. At this time, the case where the electric field distribution in the area indicated by reference numeral 621 is calculated in detail is shown. As the calculation procedure, first, the boundary element method calculation indicated by 201 in FIG. 2 is performed. This is because the known potential φ is given to the boundaries 601 to 604 which are the electrode surfaces, and the normal direction differential q of the potential is given to the other boundaries 611 to 614 as zero, and the q at the boundaries 601 to 604 and the boundaries 611 to 614 are given. Is a calculation for obtaining φ of. Next, a boundary 622 surrounding the area 621 in which the electric field is to be calculated is created, and φ and q on this boundary are defined by the boundary 60.
1 to 604, 611 to 614 (20 in FIG. 2)
2). Then, the electric field at a point in the region 621 is
It is calculated by using φ and q on 2 and integrating on the boundary (205 in FIG. 2). In this case, the area 621
The electric field inside can be significantly shortened in calculation time as compared with the case where it is calculated using the boundaries 601 to 604 and 611 to 614. In the present embodiment, φ and q on the boundary 622 need to be calculated, which requires extra calculation time, but when the number of times the electric field is calculated in the region 621 is large, the boundaries 601 to 604 are required. , 611 to 614 can be used to reduce the calculation time as a whole.

【0065】なお、図6においては境界622を4角形
で示しているが、境界の形状は4角形に限る必要はな
い。例えば、境界の形状を円形,直線と円弧の組み合わ
せ、曲線などで形成してもよい。境界要素法では、角部
の近傍で精度が悪い傾向があるので、このような形状を
持つ境界の場合には計算精度が良いという利点がある。
Although the boundary 622 is shown as a quadrangle in FIG. 6, the shape of the boundary is not limited to the quadrangle. For example, the shape of the boundary may be a circle, a combination of straight lines and arcs, or a curved line. In the boundary element method, the accuracy tends to be poor in the vicinity of the corner, so that the boundary having such a shape has an advantage that the calculation accuracy is good.

【0066】[第4実施例]また、上記境界要素の方法
を用いて、磁場を有限要素法で解析する実施例を説明す
る。
[Fourth Embodiment] An embodiment in which a magnetic field is analyzed by the finite element method using the boundary element method will be described.

【0067】図7において、符号1301,1302,
1201,そして1202は図14と同じものを示す。
符号701〜703が各々境界要素法領域であり、第1
の境界要素法領域701は、境界711,717,71
4を持つ。第2の境界要素法領域702は、境界71
7,712,718,715を持つ。第3の境界要素法
領域703は、718,713,716を持つ。境界要
素法領域の境界711〜718は、有限要素法の要素分
割境界と一致させてある。以下、有限要素法で得た値を
用いて境界要素法計算を行う過程は、図13の場合と同
じであるので説明を省略する。ただし、第4実施例にお
いては、境界要素法領域が3個あるので、3個について
各々行う必要があるところのみ異なる。
In FIG. 7, reference numerals 1301, 1302,
1201 and 1202 show the same thing as FIG.
Reference numerals 701 to 703 are boundary element method regions, respectively, and
Boundary element method area 701 of
Have 4. The second boundary element method region 702 has a boundary 71
It has 7,712,718,715. The third boundary element method region 703 has 718, 713, and 716. The boundaries 711 to 718 of the boundary element method region are made to coincide with the element division boundaries of the finite element method. Hereinafter, the process of performing the boundary element method calculation using the values obtained by the finite element method is the same as that in the case of FIG. However, in the fourth embodiment, since there are three boundary element method regions, the difference is that it is necessary to perform each of the three regions.

【0068】このようにして境界711〜718(或
は、境界714〜716を除く)上におけるポテンシャ
ルΩとその法線方向微分値∂Ω/∂nが求まると、任意
点における磁界の値は以下のようにして求める。
When the potential Ω on the boundaries 711 to 718 (or the boundaries 714 to 716 are excluded) and its differential value in the normal direction ∂Ω / ∂n are obtained in this way, the value of the magnetic field at an arbitrary point is as follows. To ask.

【0069】1.求めたい点が存在する境界要素法領域
を701〜703の中から判別して選ぶ。これは、点の
座標値から容易に行える。
1. The boundary element method area in which the point to be obtained exists is discriminated and selected from 701 to 703. This can be easily done from the coordinate values of the points.

【0070】2.その点の磁界を、その点を含む境界要
素法領域の情報だけを用いて求める。第4実施例によれ
ば、磁界の計算に必要な積分の領域が1/3程度に減少
する。つまり、従来の例では、711〜716の境界が
積分領域となったが、第4実施例では例えば第1の境界
要素法領域では711,714,717だけでよいから
である。積分領域が減ればそれに比例して計算量が減少
する。
2. The magnetic field at that point is obtained using only the information of the boundary element method area including that point. According to the fourth embodiment, the integral region required for calculating the magnetic field is reduced to about 1/3. That is, in the conventional example, the boundaries of 711 to 716 are integration regions, but in the fourth embodiment, for example, in the first boundary element method region, only 711, 714, and 717 are required. If the integration area decreases, the amount of calculation decreases in proportion to it.

【0071】第4実施例においては、最初の境界要素法
計算が3回となり回数が増えるが、各々の境界要素法計
算の規模が小さくなるので、その過程についても計算量
が減少するので問題がない。通常は軌道計算時の磁界計
算の量が支配的となるので、トータルの計算時間は境界
要素法領域の数に反比例して減少する。
In the fourth embodiment, the first boundary element method calculation is performed three times and the number of times increases, but the scale of each boundary element method calculation decreases, so that the calculation amount also decreases in that process, which causes a problem. Absent. Normally, the amount of magnetic field calculation during orbit calculation is dominant, so the total calculation time decreases in inverse proportion to the number of boundary element method regions.

【0072】また、この実施例では説明を容易にするた
めに、境界要素法領域が3個の場合を示したが、実際に
は荷電粒子が通過する領域、つまり図14の1403は
1:100程度と極めて細長いので、境界要素法領域を
10個以上にしても妥当であり、その場合には計算時間
を1/10以下に短縮することができる。
Further, in this embodiment, the case where the number of the boundary element method regions is three is shown for ease of explanation, but in actuality, the region through which charged particles pass, that is, 1403 in FIG. 14 is 1: 100. Since it is extremely long and narrow, it is reasonable to set the number of boundary element method regions to 10 or more, and in that case, the calculation time can be shortened to 1/10 or less.

【0073】[第5実施例]図8に第5実施例を示す。[Fifth Embodiment] FIG. 8 shows a fifth embodiment.

【0074】符号1301,1302,1201,12
02は図14,図7と同じである。符号811〜824
は境界、符号801〜805は領域を示す。第5実施例
は境界要素法領域が3個あり、かつ、隣接する境界要素
法領域は重複領域802,804を有している。つま
り、第1の境界要素法領域は領域801,802からな
り、境界811,812,822,816,817を持
つ。第2の境界要素法領域は領域802〜804からな
り、境界812〜814,817〜819,821,8
24を持つ。第3の境界要素法領域は領域804,80
5からなり、境界814,815,819,820,8
23を持つ。境界811〜824は全て有限要素境界と
一致している。境界要素上のポテンシャルを求めるため
の境界要素法計算は、第1実施例の場合と同じく3個の
境界要素法領域について各々行う。
Reference numerals 1301, 1302, 1201, 12
02 is the same as FIG. 14 and FIG. 7. Reference numerals 811 to 824
Indicates a boundary, and reference numerals 801 to 805 indicate regions. In the fifth embodiment, there are three boundary element method areas, and adjacent boundary element method areas have overlapping areas 802 and 804. That is, the first boundary element method area is composed of areas 801, 802 and has boundaries 811, 812, 822, 816, 817. The second boundary element method area includes areas 802 to 804, and boundaries 812 to 814, 817 to 819, 821, 8
Has 24. The third boundary element method area is the areas 804 and 80.
5 boundaries, boundaries 814, 815, 819, 820, 8
Have 23. All the boundaries 811 to 824 coincide with the finite element boundaries. The boundary element method calculation for obtaining the potential on the boundary element is performed for each of the three boundary element method regions as in the case of the first embodiment.

【0075】任意点における磁界は以下のように行う。The magnetic field at an arbitrary point is as follows.

【0076】1.その点を求めるために用いる境界要素
法領域を選ぶ。
1. Select the boundary element method region to be used to find the point.

【0077】・その点が1つの境界要素領域にのみ含ま
れている場合には、その境界要素法領域を選ぶ。
When the point is included in only one boundary element area, the boundary element method area is selected.

【0078】・その点が重複領域内にある場合には、そ
の位置によって判定する。
If the point is within the overlapping area, the position is used for the determination.

【0079】これを図9を用いて説明する。図9は図8
の1部を拡大している。領域801内にあれば第1の境
界要素法領域、803内にあれば第2の境界要素法領域
を選ぶ。
This will be described with reference to FIG. FIG. 9 shows FIG.
Part 1 of is expanded. If it is in the area 801, the first boundary element method area is selected, and if it is in the area 803, the second boundary element method area is selected.

【0080】さて、重複領域802内にその点があった
場合は、その点がライン901よりも左側にあれば、第
1の境界要素法領域、ライン901よりも右側にあれば
第2の重複要素法領域を選ぶ。ライン901は境界82
1と822の中央近辺に設ける。
When the point exists in the overlap area 802, if the point is on the left side of the line 901, the first boundary element method area, and if it is on the right side of the line 901, the second overlap is established. Select the element method area. Line 901 is border 82
Provided near the center of 1 and 822.

【0081】2.境界要素法領域が決まれば、その境界
要素法領域の情報のみを用いて磁界を求める。
2. When the boundary element method area is determined, the magnetic field is obtained using only the information of the boundary element method area.

【0082】第5実施例は第4実施例と比較して、以下
のような利点を有する。つまり、第4実施例では図7に
示す境界717または718の近傍に粒子が位置した時
に境界要素法による磁界計算の精度が悪くなる欠点があ
ったが、第5実施例では境界近傍において磁界を求める
ことを回避しているので、計算精度の低下は生じない。
一方、計算時間の短縮効果は第4実施例とほぼ同じで有
る。
The fifth embodiment has the following advantages as compared with the fourth embodiment. That is, in the fourth embodiment, when particles are located near the boundary 717 or 718 shown in FIG. 7, the accuracy of the magnetic field calculation by the boundary element method becomes poor, but in the fifth embodiment, the magnetic field is generated near the boundary. Since the calculation is avoided, the calculation accuracy does not decrease.
On the other hand, the effect of shortening the calculation time is almost the same as that of the fourth embodiment.

【0083】重複部の設け方について説明する。通常、
境界要素法で場の計算をする場合、適切な方法を用いれ
ば、境界から境界要素の寸法以上離れていれば誤差は十
分少ない。従って、重複領域の幅(例えば、境界821
と822の間隔)を境界要素の寸法の2倍以上に取り、
その中間に例えば図9の901のような領域選択の判別
境界を設定すればよい。
A method of providing the overlapping portion will be described. Normal,
When the field is calculated by the boundary element method, if an appropriate method is used, the error is sufficiently small if it is separated from the boundary by the size of the boundary element or more. Therefore, the width of the overlap region (eg, the boundary 821)
And 822)) is more than twice the size of the boundary element,
An area selection determination boundary such as 901 in FIG. 9 may be set in the middle.

【0084】上記で説明した実施例は、図1に示したコ
ンピュータシステムで、プログラムにより実施される。
このプログラムは、ハードディスク106やROM10
4,RAM105に格納・記憶されており、CPU10
1で実行される。
The embodiment described above is implemented by a program in the computer system shown in FIG.
This program is stored in the hard disk 106 or ROM 10.
4, stored and stored in the RAM 105, the CPU 10
It is executed in 1.

【0085】なお、今回説明した実施例は全て電界、磁
界に関するものであったが、本発明による方法は、応力
変形など、電界や磁界以外の場の解析にも同様に適用で
きる。
Although all of the embodiments described above relate to the electric field and the magnetic field, the method according to the present invention can be similarly applied to the analysis of fields other than the electric field and the magnetic field such as stress deformation.

【0086】また、本発明は2次元解析,軸対称解析,
3次元解析のいずれに対しても適用でき、かつ有効であ
るが、なかでも3次元解析において、時間短縮効果が最
も大きい。
The present invention also includes a two-dimensional analysis, an axisymmetric analysis,
Although it can be applied and effective for any of the three-dimensional analysis, the time-saving effect is the greatest in the three-dimensional analysis.

【0087】[0087]

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば以
下の効果を得ることができる。
As described above, according to the present invention, the following effects can be obtained.

【0088】1. 場の解析に要する計算時間を短縮でき
る。
1. The calculation time required for field analysis can be shortened.

【0089】2. 精度を低下させることがない。2. The accuracy is not reduced.

【0090】また、有限要素解析結果を用いて境界要素
計算を行い、ポテンシャルや場などの諸量を求める場合
の計算時間を大幅に短縮し、高精度の計算を実用時間内
に実行することを可能とする効果を有する。
Boundary element calculation is performed using the finite element analysis result, and the calculation time for obtaining various quantities such as the potential and the field is significantly shortened, and highly accurate calculation can be executed within the practical time. Has the effect of enabling.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明を実施するためのシステムの構成を示す
ブロック図である。
FIG. 1 is a block diagram showing a configuration of a system for carrying out the present invention.

【図2】本発明による場の解析を用いた粒子の軌跡を求
めるフローチャートである。
FIG. 2 is a flowchart for determining a particle trajectory using field analysis according to the present invention.

【図3】本発明により電界を求めることを説明する図で
ある。
FIG. 3 is a diagram illustrating obtaining an electric field according to the present invention.

【図4】本発明により他の電界を求めることを説明する
図である。
FIG. 4 is a diagram for explaining obtaining another electric field according to the present invention.

【図5】図4の部分拡大図である。FIG. 5 is a partially enlarged view of FIG.

【図6】本発明により電界を求めることを説明する図で
ある。
FIG. 6 is a diagram illustrating obtaining an electric field according to the present invention.

【図7】本発明により磁界を求めることを説明する図で
ある。
FIG. 7 is a diagram illustrating obtaining a magnetic field according to the present invention.

【図8】本発明により他の磁界を求めることを説明する
図である。
FIG. 8 is a diagram for explaining obtaining another magnetic field according to the present invention.

【図9】図8の部分拡大図である。9 is a partially enlarged view of FIG.

【図10】従来の電界を求めることを説明する図であ
る。
FIG. 10 is a diagram for explaining obtaining a conventional electric field.

【図11】従来の場の解析を用いた粒子の軌跡を求める
フローチャートである。
FIG. 11 is a flowchart for obtaining a particle trajectory using conventional field analysis.

【図12】電子軌道の収束用に用いられる磁界発生装置
を示す図である。
FIG. 12 is a diagram showing a magnetic field generator used for converging electron trajectories.

【図13】従来の磁界を求めることを説明する図であ
る。
FIG. 13 is a diagram for explaining obtaining a conventional magnetic field.

【図14】従来の磁界を求めることを説明する図であ
る。
FIG. 14 is a diagram illustrating obtaining a conventional magnetic field.

【図15】従来の磁界を求めることを説明する図であ
る。
FIG. 15 is a diagram for explaining obtaining a conventional magnetic field.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

101 CPU 102 キーボード 102a マウス 103 表示装置 104 ROM 105 RAM 106 ハードディスク装置 107 フロッピーディスク装置 108 プリンタ 321〜325 電極 601〜604 電極 1201 磁性コア 1202 コイル 101 CPU 102 Keyboard 102a Mouse 103 Display Device 104 ROM 105 RAM 106 Hard Disk Device 107 Floppy Disk Device 108 Printer 321 to 325 Electrode 601 to 604 Electrode 1201 Magnetic Core 1202 Coil

Claims (9)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 境界要素法によって解析領域内の電界な
どの場を解析する方法において、 解析領域内に1個以上の部分領域を作成する過程と、 この部分領域の境界上での値をもとの解析領域の値から
解析する過程と、 部分領域内の所定位置における値を部分領域の境界上の
値を用いて解析する過程とからなることを特徴とする場
の解析方法。
1. A method for analyzing a field such as an electric field in an analysis region by the boundary element method, wherein a process of creating one or more partial regions in the analysis region and a value on the boundary of the partial regions are also included. And a process of analyzing the value at a predetermined position in the partial region by using a value on the boundary of the partial region.
【請求項2】 前記部分領域を作成する過程において、
部分領域の境界がもとの解析領域の境界と共有部分を有
しないことを特徴とする請求項1記載の場の解析方法。
2. In the process of creating the partial area,
2. The field analysis method according to claim 1, wherein the boundary of the partial area does not have a common portion with the boundary of the original analysis area.
【請求項3】 前記部分領域を作成する過程において、
部分領域が形成する境界の一部がもとの解析領域の境界
と一致していることを特徴とする請求項1記載の場の解
析方法。
3. In the process of creating the partial area,
2. The field analysis method according to claim 1, wherein a part of the boundary formed by the partial areas matches the boundary of the original analysis area.
【請求項4】 前記部分領域を作成する過程において、
部分領域が隣接する他の部分領域と重複部分を有してい
ることを特徴とする請求項1〜3のいずれか1項記載の
場の解析方法。
4. In the process of creating the partial area,
The field analysis method according to any one of claims 1 to 3, wherein the partial region has an overlapping portion with another adjacent partial region.
【請求項5】 請求項1〜4いずれか1項記載の場の解
析方法を用いて、荷電粒子の軌道を求めることを特徴と
する軌道解析方法。
5. A trajectory analysis method, wherein the trajectory of a charged particle is obtained by using the field analysis method according to any one of claims 1 to 4.
【請求項6】 場の解析方法であって、 有限要素法を用いて解析領域内を解析する第1の過程
と、 その解析領域の内部に境界要素法領域を設ける第2の過
程と、 境界要素法領域の境界上の有限要素境界を境界要素とし
有限要素法により得た値を用いて未知の境界値を境界要
素法により求める第3の過程と、 境界要素法領域内の所定位置における諸量の値を境界要
素法領域の境界値に基づいた境界要素法によって求める
第4の過程からなる場を解析する方法において、 前記第2の過程は、有限要素法による解析領域内に2個
以上の境界要素法領域を作成する過程と、 前記第4の過程は、所定位置における諸量の値をその位
置を内部に有する前記境界要素法領域の境界値に基づい
た境界要素法によって求める過程で行うことを特徴とす
る場の解析方法。
6. A field analysis method, comprising a first process of analyzing the inside of an analysis region using a finite element method, a second process of providing a boundary element method region inside the analysis region, and a boundary. The finite element on the boundary of the element method region is used as the boundary element, and the third process of obtaining an unknown boundary value by the boundary element method using the values obtained by the finite element method, In a method of analyzing a field, which comprises a fourth step of obtaining a quantity value by a boundary element method based on a boundary value of a boundary element method area, the second step comprises two or more in an analysis area by the finite element method Of the boundary element method region, and the fourth step is a step of obtaining values of various quantities at a predetermined position by the boundary element method based on the boundary value of the boundary element method region having the position inside thereof. Field solutions characterized by doing Analysis method.
【請求項7】 前記部分領域が隣接する境界要素法領域
間に重複する領域を有することを特徴とする請求項6に
記載の場の解析方法。
7. The field analysis method according to claim 6, wherein the partial areas have areas overlapping between adjacent boundary element method areas.
【請求項8】 請求項6又は7記載の場の解析方法を用
いて、荷電粒子の軌道を求めることを特徴とする軌道解
析方法。
8. A trajectory analysis method, characterized in that a trajectory of a charged particle is obtained by using the field analysis method according to claim 6.
【請求項9】 コンピュータを用いて行う請求項1〜8
いずれか1項記載の解析方法。
9. The method according to claim 1, which is performed by using a computer.
The analysis method according to any one of items.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2007080089A (en) * 2005-09-15 2007-03-29 Canon Inc Information processing apparatus, control method thereof, computer program, and storage medium

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