[发明专利]用于粒子法的界面粒子的判定方法及装置和界面粒子的判定用程序

说明书

技术领域

本发明涉及为了在使用粒子法来分析流体或粉状体(以下，称作“流体等”)的举动之际，判定位于流体等的界面的粒子而使用的界面粒子的判定方法及装置、以及界面粒子的判定用程序。

背景技术

以往，作为分析流体等的举动的方法，已知网格法和粒子法。其中，网格法是用网格覆盖分析对象的区域，并求解各网格位置处的流体等的速度、压力等的方法，存在差分法、有限元法、有限体积法等各种方法。但是，网格法很难处理自由表面(界面)的飞散这样的大变形，存在需要在对象区域制作网格这样的繁杂的作业的缺陷。

相对于此，粒子法将流体等表现为多个粒子的集合，并通过计算这些粒子间的相互作用分析流体等的举动。从而，粒子法不需要网格法中进行的那样的网格的生成，具有还能比较容易地应对自由表面的大变形这样的优点。

其中，作为粒子法，已知用显性求解法(explicit method)计算压缩性流体的举动的SPH法或用半隐格式(semi-implicit scheme)计算非压缩性流体的举动的MPS法。有关后者的技术，公知有下述专利文献1、2。此外，还知道一种在SPH法中导入半隐格式的算法，从而能够无人工粘性导入地分析非压缩性流体的ISPH法等。

在使用粒子法尤其使用MPS法来分析非压缩性流体的举动的情况下，根据非压缩性条件，以流体中的一粒子为基准的规定基准半径内(基准范围内)的粒子数密度取一定值。因此，在MPS法中，通过对粒子的速度、位置进行修正以使粒子密度总是成为一定值，由此分析流体的举动。

此外，在MPS法中，为了判定粒子是否处于流体的上表面(自由表面；界面)，会判定该粒子所处位置的粒子数密度n_i相对一定值n₀是否满足下式(1)的条件。

n_i＜βn₀...(1)

(其中，β为模型常数(推荐值β＝0.97))

另一方面，在SPH法中，在不是粒子数密度n_i的流体的密度ρ_i相对一定值ρ₀满足下式(2)的条件的情况下，判定为该粒子为位于自由表面的粒子。

ρ_i＜βρ₀...(2)

(其中，β为模型常数(推荐值β＝0.99))

在非压缩性流体的情况下，由于基准范围的粒子数密度与流体的密度成比例，所以会进行与上述(1)式和(2)式大致相同的判定。

然而，仅靠上述判定，有时还会将除了位于自由表面的粒子之外的粒子(流体内部的粒子)判定为自由表面粒子。图7为表示通过MPS法分析容器中的流体的结果，将通过上述方法判定为自由表面的粒子的粒子用●表示，判定为不是自由表面的粒子的粒子用○表示。从该结果可知，利用现有的界面判定方法，可以发现在流体内部也出现自由表面粒子这样的误判定。

专利文献1：日本特开平7-334484号公报

专利文献2：日本特开2008-111675号公报

发明内容

本发明是鉴于上述问题而提出的，其目的在于准确判定位于流体等的自由表面(界面)的粒子。

本发明的界面粒子的判定方法，用于在将分析对象表现为粒子的集合，并且通过计算来分析该粒子的动作的粒子法中，判定位于上述分析对象的界面的粒子，其特征在于，包括：密度取得步骤，取得以判定对象的粒子为基准的规定范围的密度；第一判别步骤，将上述密度与规定的阈值进行比较；第二判别步骤，判别以上述判定对象的粒子为基准的规定范围内的其他粒子的配置的对称性；以及判定步骤，在由上述第一判别步骤判别出上述密度小于规定的阈值、并且由上述第二判别步骤判别出上述其他粒子的配置为非对称的情况下，将上述判定对象的粒子判定为界面粒子。

按照上述的判定方法，上述第二判别步骤能够在上述判定对象的粒子的坐标和上述规定范围内的其他粒子的坐标之差的总和超过规定的阈值的情况下，判别为上述其他粒子的配置为非对称。