KR101888787B1 - Processing method of calculation domain including moving objects for meshless method - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 움직이는 물체를 무격자 해석 기법을 통해 해석함에 있어 그 물체 주위의 계산 영역을 처리하는 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method of processing a computation domain around an object in interpreting a moving object through a gratingless analytical technique.
최근 컴퓨터 성능이 향상됨에 따라 아주 복잡한 3차원 형상의 주위의 유동해석에 대한 요구가 증가하고 있다.Recently, as the computer performance has improved, there has been an increasing demand for flow analysis around very complex three-dimensional shapes.
특히 3차원의 이동하는 비행체와 같은 굉장히 복잡한 형상 주위의 유동해석도 활발하게 수행되고 있다.Especially, flow analysis around very complex shapes such as three - dimensional moving objects is actively performed.
하지만 기존의 유한체적법(Finite Volume Method) 기반의 기법들은 이러한 움직이는 물체 주위의 계산 영역, 즉 격자 처리에 과도한 시간이 소요되는 단점이 있다.However, the existing Finite Volume Method based techniques have a disadvantage in that it takes a long time to process the calculation area around the moving object, that is, the lattice processing.
이러한 한계를 극복하기 위해 점을 기반으로 유동해석을 수행하는 무격자 기법이 연구되어 왔다. 하지만 기존의 방법보다는 쉽다고 여겨지지만, 무격자 기법 역시 움직이는 물체 주위의 계산영역을 생성하는 것이 기법 개발의 가장 큰 어려움으로 여겨진다.In order to overcome these limitations, a grating method has been studied to perform flow analysis based on a point. However, it is considered to be easiest than the existing method, but the grating technique is also considered to be the greatest difficulty of the technique development to generate the calculation region around the moving object.
따라서 무격자 기법의 개발을 위해서는 점을 다루는 연구가 필수적으로 수반되어야 한다.Therefore, it is essential that studies that deal with points are essential for the development of grating technique.
이상의 배경기술에 기재된 사항은 발명의 배경에 대한 이해를 돕기 위한 것으로서, 이 기술이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 이미 알려진 종래기술이 아닌 사항을 포함할 수 있다.The matters described in the background art are intended to aid understanding of the background of the invention and may include matters which are not known to the person of ordinary skill in the art.
본 발명은 상술한 문제점을 해결하고자 안출된 것으로서, 본 발명은 이동하는 물체 주위의 계산 영역의 생성에서 시간적인 효율성을 향상시키기 위한 무격자 해석 기법에서 움직이는 물체 주위의 계산 영역 처리 방법을 제공하는 데 그 목적이 있다.SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to solve the above-mentioned problems, and it is an object of the present invention to provide a method of processing a calculation region around a moving object in a gratingless analysis technique for improving temporal efficiency in generation of a calculation region around a moving object It has its purpose.
본 발명의 일 관점에 의한 무격자 해석 기법에서 움직이는 물체 주위의 계산 영역 처리 방법은, 무격자 질점계에서 움직이는 물체 주위의 재분포 대상 질점 후보군을 선정하여, 선정된 질점 후보군을 기준으로 클라우드(cloud)를 재구성하는 것을 특징으로 한다.In the grating analysis method according to one aspect of the present invention, a calculation region processing method for moving objects around a moving object is performed by selecting a redistribution target particle point candidate around an object moving in a non-grid point system, selecting a cloud point based on the selected particle point candidate, Is reconstructed.
그리고, 상기 클라우드를 재구성하는 것은 상기 질점 후보군의 주변 점들만을 대상으로 하는 것을 특징으로 한다.The reconstruction of the cloud is performed only on the peripheral points of the material point candidate group.
또한, 상기 무격자 질점계를 물체주위 질점계와 배경 질점계로 구성하여, 물체주위 질점계와 겹친 상태의 배경 질점계는 OFF 상태로 설정함으로써 질점계를 재분포하는 것을 특징으로 한다.The non-lattice constant meter may be constituted by an object mass perimeter system and a background mass system, and the background mass system in a state in which the mass system is overlapped with the object mass system may be set to an OFF state to redistribute the mass system.
한편, 상기 클라우드를 재구성하는 것은, 상기 물체가 이동 전에 상기 물체주위 질점계의 최외각 질점과 상기 물체 이동 후에 ON 상태로 변한 질점을 대상으로 하는 것을 특징으로 한다.On the other hand, the reconstruction of the cloud is performed on the outermost material point of the object surrounding substance meter before the object moves, and the material point of the ON state after the object is moved.
본 발명의 무격자 해석 기법에서 움직이는 물체 주위의 계산 영역 처리 방법에 의하면, 무격자 해석 기법에 의해 움직이는 물체 주취의 계산 영역, 즉 격자 처리에 드는 시간을 현격히 줄일 수 있게 한다.According to the grating-free method of the present invention, the calculation region processing method around the moving object makes it possible to remarkably reduce the calculation area of the grating object moving by the grating-free grating method, that is, the grating processing time.
그러므로, 3차원의 이동하는 비행체와 같은 복잡한 형상 주위의 유동해석에 유리하다.Therefore, it is advantageous to analyze the flow around complicated shapes such as three-dimensional moving objects.
도 1은 물체 주위 질점계를 나타낸 것이다.
도 2는 물체 주위 질점계와 배경 질점계를 나타낸 것이다.
도 3은 물체가 이동하는 경우에 재분포되는 질점계를 나타낸 것이다.
도 4는 도 3에 의해 재분포된 질점계에서 클라우드를 재구성해야 하는 질점 후보군을 나타낸 것이다.
도 5는 배경 질점계에서 바라본 클라우드 후보군을 도시한 것이다.
도 6은 물체 주위 질점계에서 바라본 클라우드 후보군을 도시한 것이다.Fig. 1 shows an object point-of-substance meter.
FIG. 2 shows an object surrounding quality meter and a background mass meter.
Figure 3 shows the material redistribution when an object moves.
FIG. 4 shows a group of candidate points to which a cloud should be reconstructed from a mass point redistributed by FIG. 3; FIG.
5 shows a cloud candidate group viewed from the background mass system.
6 shows a cloud candidate group viewed from an object surrounding material point meter.
본 발명과 본 발명의 동작상의 이점 및 본 발명의 실시에 의하여 달성되는 목적을 충분히 이해하기 위해서는 본 발명의 바람직한 실시 예를 예시하는 첨부 도면 및 첨부 도면에 기재된 내용을 참조하여야만 한다.In order to fully understand the present invention, operational advantages of the present invention, and objects achieved by the practice of the present invention, reference should be made to the accompanying drawings and the accompanying drawings which illustrate preferred embodiments of the present invention.
본 발명의 바람직한 실시 예를 설명함에 있어서, 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 공지의 기술이나 반복적인 설명은 그 설명을 줄이거나 생략하기로 한다.DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS In describing the preferred embodiments of the present invention, a description of known or repeated descriptions that may unnecessarily obscure the gist of the present invention will be omitted or omitted.
이하, 도 1 내지 도 6을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 의한 무격자 해석 기법에서 움직이는 물체 주위의 계산 영역 처리 방법을 설명하기로 한다.Hereinafter, a method of processing a calculation region around a moving object in a gridless analysis technique according to an embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 1 to 6. FIG.
본 발명의 움직이는 물체 주위의 계산 영역 처리 방법은 무격자 질점계에서 움직이는 물체 주위의 계산영역을 효율적으로 처리하는 기법에 관한 것이다.The computational domain processing method for moving objects around the moving object of the present invention relates to a technique for efficiently processing computational domain around moving objects in a gridded mass system.
무격자 질점계는 크게 물체주위 질점계와 배경 질점계로 구분할 수 있는 바, 물체주위 질점계와 배경 질점계로 구분하고 일련의 규칙을 정함으로써 물체 이동에 수반되는 질점 처리가 빠르게 수행될 수 있게 한다.The non - grid mass system can be classified into the mass perimeter system and the background mass system. By dividing the system into the mass system around the object and the background mass system, it is possible to rapidly perform the mass processing accompanied with the object movement by defining a series of rules.
도 1에 나타낸 물체주위 질점계는 점성 영역의 경계층과 같이 물리현상을 고려하기 위해 만들어지는 질점계로, 일반적인 FVM 기법과 비슷하게 hyperbolic equation을 기반으로 질점계를 생성한다.The object mass point meter shown in FIG. 1 is a mass point meter which is formed to consider a physical phenomenon like a boundary layer of a viscous region, and generates a mass meter based on a hyperbolic equation similar to a general FVM method.
그리고, 도 2에 나타낸 배경 질점계는 Cartesian Grid의 격자점을 이용해서 생성되는 질점계로, 물체주위 질점계와 겹쳐서 생성되지만 물체주위 질점계 내부에 존재하는 배경 질점계는 계산에 사용하지 않는다. The background massometer system shown in FIG. 2 is a mass system generated by using a grid point of a Cartesian Grid, which is generated by overlapping an object mass system but is not used in calculation.
무격자 질점 이동에서 시간 효율상으로 가장 큰 문제가 되는 부분은 유동 해석 계산을 위해 각 점에 connectivity(또는 cloud)의 재구성이다.The most problematic part of the time - efficiency in the gridded particle movement is the connectivity (or cloud) reconstruction at each point for the flow analysis computation.
이를 위해 본 발명에서 개발한 무격자 질점 처리 방법은 물체 주위 질점계의 내부에 존재하는 배경 질점을 삭제하지 않고 정보를 갖고 있는 ON/OFF 형태로 질점계를 개발하였다.For this purpose, the gridded particle point processing method developed by the present invention has developed a mass system as an ON / OFF type having information without removing the background mass points existing inside the object mass point system.
무격자 질점계의 초기 상태를 도 3(a)와 같다고 하면, 물체의 이동에 의해 질점계는 도 3(b)와 같이 변하게 된다.Assuming that the initial state of the lattice constant element is the same as shown in Fig. 3 (a), the mass point system changes as shown in Fig. 3 (b) due to the movement of the object.
도 3(b)를 통해 물체의 이동으로 인해 물체가 겹쳐지는 부분과 빈 공간이 발생하는 것을 확인할 수 있다. 이에 겹쳐진 점을 ON 상태로 변경하고 빈 공간의 점 부분을 OFF 상태로 변경하면 이동한 뒤의 질점계가 완성된다. 완성된 질점계는 도 3(c)와 같다.It can be seen from FIG. 3 (b) that the overlapping part of the object and the empty space occur due to the movement of the object. If the overlapped point is changed to the ON state and the dot part of the empty space is changed to the OFF state, the mass meter after the movement is completed. The completed mass meter is shown in Fig. 3 (c).
다음, 본 발명의 질점계는 무격자 유동 해석을 위해 생성된 질점계로, 유동해석을 위해서는 각 점에 대한 cloud가 존재해야 한다.Next, the quality system of the present invention is a mass system generated for the lattice-free flow analysis, and a cloud for each point must exist for the flow analysis.
따라서, 위와 같이 질점이 이동한 경우에는 전체적인 질점의 구성이 변하므로 모든 점에 대해서 cloud를 다시 구성해야 한다.Therefore, when the particle moves as above, the composition of the whole particle changes, so the cloud must be reconstructed for all points.
이 때 모든 점에 대하여 이 작업을 수행하면 계산시간이 기하급수적으로 늘어난다.If you do this for every point, the computation time exponentially increases.
따라서, 본 발명은 cloud의 재구성이 필요한 후보군만을 고르는 작업을 통해 계산시간을 단축시킨다. 본 발명에서는 도 4와 같이 세 가지 경우만을 cloud를 재구성하는 점으로 선정하였다.Therefore, the present invention shortens the computation time by selecting only candidates for which cloud reconstruction is required. In the present invention, as shown in FIG. 4, only three cases are selected as points for reconstructing the cloud.
첫 번째는 물체주위 질점계의 최외각 점으로 최외각 점은 물체를 따라 이동하기 때문에 주변의 점의 구성이 바뀌게 된다. 이는 도 4(a)에 표시되어 있다.The first one is the outermost point of the object point around the object, and the outermost point moves along the object. This is shown in Fig. 4 (a).
두 번째 조건은 도 4(b)에 나타낸 것으로서, 이동으로 인해 생성된 점 집단을 나타낸다. 새롭게 생성된 점은 기존에 존재하지 않았기 때문에 이전 시간 단계에서 cloud가 존재하지 않기 때문에 cloud를 재구성해야 한다.The second condition is shown in Fig. 4 (b), which represents a point group generated due to movement. Because the newly created point does not exist, the cloud must be reconstructed because there is no cloud at the previous time step.
마지막으로, 도 4(c)에 나타나 있는 조건은 이동으로 인해 지워진 점들과 연결된 점이다. 기존의 cloud로 구성된 점들이 삭제가 되었기 때문에 질점계의 cloud를 재구성해야 한다.Finally, the condition shown in FIG. 4 (c) is the point connected with the deleted points due to the movement. Since the existing cloud points have been deleted, we need to reconfigure the cloud of the mass system.
이렇게 후보점들을 대상으로 cloud를 구성할 때에도 마찬가지로 계산시간 단축을 위해 탐색 대상을 대폭 축소시켜야 한다.When constructing a cloud based on the candidate points, the search target must be greatly reduced in order to shorten the calculation time.
본 발명에서는 물체주위 질점계와 배경 질점계 두 가지 경우를 나눠 다른 탐색법을 적용하였다.In the present invention, another search method is applied by dividing the object mass point meter and the background mass point meter into two cases.
첫 번째로 배경 질점계의 경우 도 5와 같이 그 점에서 i+1, i-1, j-1, j+1 방향에 존재하는 배경 질점계와 물체의 최외각점만을 대상으로 하여 후보군을 대폭 축소시켰다.First, in the case of the background massometer, only the outermost points of the background mass system and the object existing in the direction of i + 1, i-1, j-1 and j + 1 at that point are greatly reduced .
반대로 최외각 질점의 경우는 도 6에 나타나 있다. 먼저 최외각 질점이 배경 질점계에서 어느 블럭에 속하는지 정보를 저장하고, 그 속한 블럭 주변의 배경 질점계를 후보군으로 정하고 기존의 cloud 중 물체주위 질점계의 점들은 그대로 사용하는 것이다.Conversely, the case of the outermost material point is shown in Fig. First, we store information about which block belongs to the block in the background mass spectrometer. We set the background mass spectrometer around the block as the candidate block and use the points of the object mass perimeter in the existing cloud as it is.
결국, 본 발명은 무격자 질점계를 물체 주위 질점계와 배경 질점계로 구성하여 물체 주위 질점계와 겹친 상태의 배경 질점계는 삭제가 아닌 OFF 상태로 설정함으로써, 점의 추가나 제거가 아닌 ON/OFF로 질점계를 재분포하는 것이다.As a result, in the present invention, by constituting a non-lattice material point system as an object substance mass point meter and a background mass point system, the background mass point system in a state of overlapping with the object substance point meter is set to OFF state instead of deletion, It is distributed.
이를 위해 고속으로 Cloud를 재구성하는 방법은 다음과 같다.To accomplish this, a method of reconfiguring the cloud at high speed is as follows.
(1) 후보군 선정(1) Selection of candidates
고안된 질점계에서 특정된(specified) 질점만을 선정하여 Cloud를 재구성하여 유동해석을 수행한다.We select only the specified material points from the designed mass system and reconstruct the cloud to perform the flow analysis.
1) 물체 질점계의 최외각 질점1) Outermost material point of object mass point
물체주위 질점계의 최외각 이내의 질점들은 항상 Structured 형태로 존재하기 때문에 점이 이동하여도 주변 점의 배치는 변하지 않는다. 그러므로, 물체의 최외각 질점만 Cloud를 재구성한다.Since the mass points within the outermost point of the mass point around the object always exist in Structured form, the arrangement of the surrounding points does not change even if the point moves. Therefore, only the outermost material points of the object reconstruct the Cloud.
2) 새로 생성된 질점2) The newly created particle
이전 물리적 시간단계에서는 OFF였던 질점이 이동으로 인해 ON으로 상태가 변하면, 이 질점들의 Cloud를 재구성한다.In the previous physical time step, if the material point that was OFF changes to ON due to movement, reconstruct the Cloud of these material points.
3) OFF 배경 질점 주변의 배경 질점3) OFF Background material point around background point
배경 질점은 Cartesian 구조로 되어 있으므로, 주변에 I, J, K 정보를 이용하여 주변 점의 ON/OFF 상태의 구별이 가능하다.Since the background material point is a Cartesian structure, it is possible to distinguish the ON / OFF state of peripheral points by using I, J, and K information in the surroundings.
이때 한 배경 질점과 Cartesian 형태로 연결된 주변 배경 질점이 OFF 되어있는 경우에 Cloud를 재탐색한다.In this case, the cloud is rediscovered when the background point and the surrounding background point connected in Cartesian form are OFF.
(2) 질점의 근방에 존재하는 질점 탐색 기법(2) A method of finding a particle in the vicinity of a particle
후보군이 된 질점에서도 주변에 질점을 찾기 위해서는 모든 점과의 거리를 계산해야 하는 시간적 비효율을 최소화하여 탐색하여야 한다.In order to find the mass points in the vicinity of the candidate mass, it is necessary to minimize the temporal inefficiency in calculating the distances to all the points.
1) 물체 주위 질점계가 배경 질점계를 찾을 때1) When the object-to-be-measured is located in the background
한 점의 좌표를 알고 배경 질점계의 특성치를 알면 그 점의 근방에 존재하는 배경 질점의 번호를 다음과 같이 찾는다.Knowing the coordinates of a point and knowing the characteristic value of the background mass system, the number of the background mass points in the vicinity of the point is searched as follows.
여기서, 
이를 통해 주변 
2) 배경 질점계가 물체 주위 질점계를 찾을 때2) When the background massometer finds an object mass perimeter
배경 질점계에서는 전술한 방법과 같이 규칙을 통해 점을 찾을 수 없기 때문에 거리 탐색 시간을 최소화하기 위해 오직 배경 질점계는 물체의 최외곽 질점계만을 Cloud의 대상으로 찾음으로써 시간을 단축시킨다.In order to minimize the distance search time, the background massometer reduces the time by searching only the outermost object point of the object as the object of the cloud because the point can not be found through the rule like the above method in the background massometer.
이상과 같이 본 발명에 의한 움직이는 물체 주위의 질점 처리는 ON/OFF 상태 설정에 의해 질점을 재분포하되, 재분포 대상인 질점 후보군을 선정하고, 후보군의 주변 점들만을 클라우드를 재구성할 대상으로 하여 클라우드를 재구성함으로써 움직이는 물체 주위의 계산 영역을 처리하는 시간을 현격히 줄일 수 있게 한다.As described above, according to the present invention, the processing of the material point around the moving object is performed by redistributing the material points by the ON / OFF state setting, selecting the material point candidates as redistribution object candidates, and only the peripheral points of the candidate group as the object to reconstruct the cloud, The time required to process the computation area around the moving object can be significantly reduced.
이상과 같은 본 발명은 예시된 도면을 참조하여 설명되었지만, 기재된 실시 예에 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않고 다양하게 수정 및 변형될 수 있음은 이 기술의 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명하다. 따라서 그러한 수정 예 또는 변형 예들은 본 발명의 특허청구범위에 속한다 하여야 할 것이며, 본 발명의 권리범위는 첨부된 특허청구범위에 기초하여 해석되어야 할 것이다.While the present invention has been described with reference to the exemplary embodiments, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed embodiments, but, on the contrary, It is obvious to those who have. Accordingly, it is intended that the present invention cover the modifications and variations of this invention provided they come within the scope of the appended claims and their equivalents.
Claims (4)
상기 무격자 질점계를 물체주위 질점계와 배경 질점계로 구성하여, 물체주위 질점계와 겹친 상태의 배경 질점계는 OFF 상태로 설정함으로써 질점계를 재분포하는 것을 특징으로 하는,
무격자 해석 기법에서 움직이는 물체 주위의 계산 영역 처리 방법.And selecting a redistribution target candidate point group around the moving object in the gravity point system and reconfiguring the cloud based on only the neighboring points of the selected target point group.
Characterized in that said non-lattice constant meter is constituted by an object perimeter meter and a background mass meter, and the background meter is overlapped with an object perimeter meter,
A method of computing region around a moving object in grating - free method.
상기 클라우드를 재구성하는 것은,
상기 물체가 이동 전에 상기 물체주위 질점계의 최외각 질점과 상기 물체 이동 후에 ON 상태로 변한 질점을 대상으로 하는 것을 특징으로 하는,
무격자 해석 기법에서 움직이는 물체 주위의 계산 영역 처리 방법.The method of claim 3,
Reconfiguring the cloud may include:
Characterized in that before the object moves, the outermost material point of the object surrounding substance meter and the material point which turns into the ON state after the object is moved,
A method of computing region around a moving object in grating - free method.
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| KR100568564B1 (en) | 2003-12-01 | 2006-04-07 | 강문구 | A real-time simulation and rendering method for fluid effects using mesh-free simulation technique |
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