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JP6939487B2 - Structure model generator, particle behavior analysis device, structure model generation method, particle behavior analysis method, and program - Google Patents
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Structure model generator, particle behavior analysis device, structure model generation method, particle behavior analysis method, and program Download PDF

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Description

本発明は、構造物モデル生成装置、粒子挙動解析装置、構造物モデル生成方法、粒子挙動解析方法、およびプログラムに関し、特に、特に、DEM(Discrete Element Method;離散要素法)を用いて粒子の挙動を解析するために用いて好適なものである。 The present invention relates to a structure model generation device, a particle behavior analysis device, a structure model generation method, a particle behavior analysis method, and a program, and in particular, the behavior of particles using DEM (Discrete Element Method). It is suitable for use in analyzing.

各種の構造物の表面を流れる粒子の挙動を解析する手法としてDEMがある。DEMでは、構造物をモデル化する必要がある。特許文献1には、壁用粒子を、構造物の表面よりも内側に、当該構造物の表面と接するように配置することにより、構造物の表面を表現する手法が開示されている。 There is DEM as a method for analyzing the behavior of particles flowing on the surface of various structures. In DEM, it is necessary to model the structure. Patent Document 1 discloses a method of expressing the surface of a structure by arranging the wall particles inside the surface of the structure so as to be in contact with the surface of the structure.

特開2012−37937号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2012-37937 特開2011−69656号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2011-69656

Fausto Bernardini et al. The Ball Pivoting Algorithm for Surface Reconstruction. IEEE Transactions on Visualization and Computer Graphics 5, 4 (Oct.-Dec. 1999), 349-359.Fausto Bernardini et al. The Ball Pivoting Algorithm for Surface Reconstruction. IEEE Transactions on Visualization and Computer Graphics 5, 4 (Oct.-Dec. 1999), 349-359. Yan DM, Guo JW, Wang B et al. A survey of blue-noise sampling and its applications. JOURNAL OF COMPUTER SCIENCE AND TECHNOLOGY 30(3): 439-452Yan DM, Guo JW, Wang B et al. A survey of blue-noise sampling and its applications. JOURNAL OF COMPUTER SCIENCE AND TECHNOLOGY 30 (3): 439-452 Massimiliano Corsini et al. Efficient and Flexible Sampling with Blue Noise Properties of Triangular Meshes. IEEE Transactions on Visualization and Computer Graphics, 18, (2012) 914-924Massimiliano Corsini et al. Efficient and Flexible Sampling with Blue Noise Properties of Triangular Meshes. IEEE Transactions on Visualization and Computer Graphics, 18, (2012) 914-924 Brian Curless and Marc Levoy. A volumetric method for building complex models from range images. In Proceedings of SIGGRAPH '96, August 1996, 303-312Brian Curless and Marc Levoy. A volumetric method for building complex models from range images. In Proceedings of SIGGRAPH '96, August 1996, 303-312

しかしながら、特許文献1に記載の技術では、構造物の表面の点の座標を入力し、入力した座標から、構造物の表面において直線と近似できる領域を特定し、特定した領域に対して壁用粒子を配置する。従って、構造物の表面の点の座標の情報を生成することと、その座標を構造物の面の情報に変換することと、壁用粒子を配置することとを行う必要がある。構造物の表面の点の座標の数は、数十万〜数千万点、場合によってはそれ以上になる。特許文献1に記載の技術では、これら多数の点群から構造物の面の情報に変換する必要があるため、多大な計算コストがかかる。また、構造物の表面の点の座標は、三次元測定により得ることができるが、この三次元測定の結果(構造物の表面の点の座標)に測定ノイズが含まれる場合がある。このような場合、特許文献1に記載の技術では、構造物の表面の点の座標が実際の構造物とはかけ離れた位置の座標であっても、その座標を考慮して構造物の面の情報を生成する虞がある。 However, in the technique described in Patent Document 1, the coordinates of the points on the surface of the structure are input, the area that can be approximated to a straight line on the surface of the structure is specified from the input coordinates, and the specified area is used for the wall. Place the particles. Therefore, it is necessary to generate information on the coordinates of points on the surface of the structure, convert the coordinates into information on the surface of the structure, and arrange wall particles. The number of coordinates of points on the surface of a structure is hundreds of thousands to tens of millions, and in some cases even more. In the technique described in Patent Document 1, it is necessary to convert a large number of these point clouds into information on the surface of the structure, which requires a great deal of calculation cost. Further, the coordinates of the points on the surface of the structure can be obtained by the three-dimensional measurement, but the result of the three-dimensional measurement (coordinates of the points on the surface of the structure) may include measurement noise. In such a case, in the technique described in Patent Document 1, even if the coordinates of the points on the surface of the structure are the coordinates of the positions far from the actual structure, the coordinates of the surface of the structure are taken into consideration. May generate information.

本発明は、以上のような問題点に鑑みてなされたものであり、DEMを用いて粒子の挙動を解析するに際し、当該粒子が接触する構造物を表現する壁用粒子を、計算負荷を増大することなく配置することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above problems, and when analyzing the behavior of particles using DEM, the calculation load on the wall particles representing the structure with which the particles are in contact is increased. The purpose is to arrange without doing.

本発明の構造物モデル生成装置は、構造物が存在している領域にある複数の解析用粒子の挙動を離散要素法により解析する際の当該構造物のモデルを、複数の壁用粒子を用いて生成する構造物モデル生成装置であって、三次元計測装置により計測されたデータであって、前記構造物の表面上の位置を示す複数の点の当該位置を含むデータを点群データとして取得する点群データ取得手段と、前記点群データに含まれる複数の点のうちの一部の点を解析対象点とし、複数の当該解析対象点の位置を含むデータを解析対象点群データとして抽出する点群データ抽出手段と、前記解析対象点群データを用いて、当該解析対象点群データに含まれる前記複数の解析対象点のそれぞれに対して、前記壁用粒子を設定する壁用粒子設定手段と、を有し、前記点群データ抽出手段は、前記点群データに含まれる前記複数の点における相互に隣接する点の距離のばらつきよりも、前記複数の解析対象点における相互に隣接する点の距離のばらつきが小さくなるように、当該複数の解析対象点の位置を含むデータを解析対象点群データとして抽出することを特徴とする。 The structure model generator of the present invention uses a plurality of wall particles as a model of the structure when analyzing the behavior of a plurality of analysis particles in the region where the structure exists by the discrete element method. It is a structure model generation device that is generated by The point group data acquisition means to be performed and a part of a plurality of points included in the point group data are set as analysis target points, and data including the positions of the plurality of analysis target points is extracted as analysis target point group data. Wall particle setting for setting wall particles for each of the plurality of analysis target points included in the analysis target point group data using the point group data extraction means to be performed and the analysis target point group data. The point group data extraction means is adjacent to each other at the plurality of analysis target points, rather than a variation in the distance between the points adjacent to each other at the plurality of points included in the point group data. It is characterized in that data including the positions of the plurality of analysis target points is extracted as analysis target point group data so that the variation of the point distances becomes small.

本発明の粒子挙動解析装置は、構造物が存在している領域にある複数の解析用粒子の挙動を離散要素法により解析する解析用粒子挙動解析手段と、前記構造物モデル生成装置と、を有する粒子挙動解析装置であって、前記解析用粒子挙動解析手段は、前記解析用粒子が、前記構造物モデル生成装置が有する前記壁用粒子設定手段で設定された前記壁用粒子と接触したと判定すると、前記壁用粒子から前記解析用粒子が受ける力を当該解析用粒子に作用させて、当該解析用粒子を動かすようにすることを特徴とする。 The particle behavior analysis device of the present invention includes an analysis particle behavior analysis means for analyzing the behavior of a plurality of analysis particles in a region where a structure exists by the discrete element method, and the structure model generation device. The particle behavior analysis device has the particle behavior analysis means for analysis, and the analysis particles come into contact with the wall particles set by the wall particle setting means included in the structure model generation device. When it is determined, it is characterized in that the force received from the wall particles to the analysis particles is applied to the analysis particles to move the analysis particles.

本発明の構造物モデル生成方法は、構造物が存在している領域にある複数の解析用粒子の挙動を離散要素法により解析する際の当該構造物のモデルを、複数の壁用粒子を用いて生成する構造物モデル生成方法であって、点群データ取得手段が、三次元計測装置により計測されたデータであって、前記構造物の表面上の位置を示す複数の点の当該位置を含むデータを点群データとして取得する点群データ取得工程と、点群データ抽出手段が、前記点群データに含まれる複数の点のうちの一部の点を解析対象点とし、複数の当該解析対象点の位置を含むデータを解析対象点群データとして抽出する点群データ抽出工程と、壁用粒子設定手段が、前記解析対象点群データを用いて、当該解析対象点群データに含まれる前記複数の解析対象点のそれぞれに対して、前記壁用粒子を設定する壁用粒子設定工程と、を有し、前記点群データ抽出工程は、前記点群データに含まれる前記複数の点における相互に隣接する点の距離のばらつきよりも、前記複数の解析対象点における相互に隣接する点の距離のばらつきが小さくなるように、当該複数の解析対象点の位置を含む情報を解析対象点群データとして抽出することを特徴とする。 The structure model generation method of the present invention uses a plurality of wall particles as a model of the structure when analyzing the behavior of a plurality of analysis particles in the region where the structure exists by the discrete element method. The structure model generation method for generating the structure, wherein the point group data acquisition means is data measured by a three-dimensional measuring device and includes the positions of a plurality of points indicating the positions on the surface of the structure. The point group data acquisition process for acquiring data as point group data and the point group data extraction means set some points among the plurality of points included in the point group data as analysis target points, and a plurality of the analysis targets. A point group data extraction step for extracting data including the position of a point as analysis target point group data, and a plurality of wall particle setting means included in the analysis target point group data using the analysis target point group data. Each of the analysis target points of the above has a wall particle setting step for setting the wall particles, and the point group data extraction steps are mutually performed at the plurality of points included in the point group data. Information including the positions of the plurality of analysis target points is used as analysis target point group data so that the variation in the distances of the plurality of analysis target points at the plurality of analysis target points becomes smaller than the variation in the distances of the adjacent points. It is characterized by extracting.

本発明の粒子挙動解析方法は、解析用粒子挙動解析手段が、構造物が存在している領域にある複数の解析用粒子の挙動を離散要素法により解析する解析用粒子挙動解析工程と、前記構造物モデル生成方法の各工程と、を有する粒子挙動解析方法であって、前記解析用粒子挙動解析工程は、前記解析用粒子が、前記構造物モデル生成方法における前記壁用粒子設定工程で設定された前記壁用粒子と接触したと判定すると、前記壁用粒子から前記解析用粒子が受ける力を当該解析用粒子に作用させて、当該解析用粒子を動かすようにすることを特徴とする。 Particle behavior analysis method of the present invention, the analysis particle behavior analyzer, and analyzing the particle behavior analysis step of analyzing the behavior of a plurality of analysis particles in the region where the structure is present by the discrete element method, the It is a particle behavior analysis method having each step of the structure model generation method, and in the analysis particle behavior analysis step, the analysis particles are set in the wall particle setting step in the structure model generation method. When it is determined that the particles are in contact with the wall particles, the force received by the analysis particles from the wall particles is applied to the analysis particles to move the analysis particles.

本発明のプログラムの第1の例は、前記構造物モデル生成装置の各手段としてコンピュータを機能させることを特徴とする。
本発明のプログラムの第2の例は、前記粒子挙動解析装置の各手段としてコンピュータを機能させることを特徴とする。
The first example of the program of the present invention is characterized in that a computer functions as each means of the structure model generator.
A second example of the program of the present invention is characterized in that a computer functions as each means of the particle behavior analysis apparatus.

本発明によれば、DEMを用いて粒子の挙動を解析するに際し、当該粒子が接触する構造物を表現する壁用粒子を、計算負荷を増大することなく配置することができる。 According to the present invention, when analyzing the behavior of particles using a DEM, wall particles representing a structure in contact with the particles can be arranged without increasing the calculation load.

図1は、粒子挙動解析装置の機能的な構成の一例を示す図である。FIG. 1 is a diagram showing an example of a functional configuration of a particle behavior analysis device. 図2は、点群データ取得部で扱う旋回シュートの概略構成の一例を示す図である。FIG. 2 is a diagram showing an example of a schematic configuration of a turning chute handled by the point cloud data acquisition unit. 図3は、点群データ取得部で取得される点群データの配置の一例を示す図である。FIG. 3 is a diagram showing an example of arrangement of point cloud data acquired by the point cloud data acquisition unit. 図4は、点群データ取得部で取得される点群データのうち、点データ除去部で除去されなかった点群データの配置の一例を示す図である。FIG. 4 is a diagram showing an example of arrangement of point cloud data not removed by the point data removal unit among the point cloud data acquired by the point cloud data acquisition unit. 図5は、解析対象点の配置の一例を概念的に示す図である。FIG. 5 is a diagram conceptually showing an example of the arrangement of analysis target points. 図6は、壁用粒子を設定する方法の一例を概念的に示す図である。FIG. 6 is a diagram conceptually showing an example of a method of setting wall particles. 図7は、壁用粒子の配置の一例を示す図である。FIG. 7 is a diagram showing an example of arrangement of wall particles. 図8は、相互に接触している2つの粒子(解析用粒子、壁用粒子)の様子の一例と、解析用粒子の挙動の一例を概念的に示す図である。FIG. 8 is a diagram conceptually showing an example of the appearance of two particles (analytical particles and wall particles) in contact with each other and an example of the behavior of the analysis particles. 図9は、DEMにより解析された粒子の挙動の一例を示す図である。FIG. 9 is a diagram showing an example of the behavior of particles analyzed by DEM. 図10は、壁用粒子を設定する際の粒子挙動解析装置の処理の一例を説明するフローチャートである。FIG. 10 is a flowchart illustrating an example of processing by the particle behavior analysis device when setting wall particles. 図11は、解析用粒子の挙動を解析する際の粒子挙動解析装置の処理の一例を説明するフローチャートである。FIG. 11 is a flowchart illustrating an example of processing of the particle behavior analysis apparatus when analyzing the behavior of the particles for analysis. 図12は、解析対象点の配置の他の例を示す図である。FIG. 12 is a diagram showing another example of arrangement of analysis target points.

以下、図面を参照しながら、本発明の一実施形態を説明する。
図1は、粒子挙動解析装置100の機能的な構成の一例を示す図である。
Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 1 is a diagram showing an example of a functional configuration of the particle behavior analysis device 100.

粒子挙動解析装置100は、例えば、CPU、ROM、RAM、HDD、各種インターフェース、およびディスプレイ等を備えた情報処理装置(パーソナルコンピュータ)または専用のハードウェアを用いることにより実現できる。以下に、粒子挙動解析装置100が備える機能を詳細に説明する。尚、本実施形態では、高炉のベルレス式炉頂装入装置用の旋回シュートを構造物として表現する場合を例に挙げて説明する。よって、挙動を解析する対象となる粒子(以下、この粒子を必要に応じて解析用粒子と称する)は、焼結鉱やコークスとなる。ただし、構造物や解析用粒子は、このようなものに限定されるわけではないということは勿論である。 The particle behavior analysis device 100 can be realized by using, for example, an information processing device (personal computer) provided with a CPU, ROM, RAM, HDD, various interfaces, a display, or the like, or dedicated hardware. The functions of the particle behavior analysis device 100 will be described in detail below. In the present embodiment, a case where a swivel chute for a bellless type furnace top charging device of a blast furnace is expressed as a structure will be described as an example. Therefore, the particles whose behavior is to be analyzed (hereinafter, these particles are referred to as analysis particles as necessary) are sinter or coke. However, it goes without saying that the structure and the particles for analysis are not limited to such a thing.

(点群データ取得部101)
点群データ取得部101は、壁の表面の点の座標(例えば、三次元直交座標系の座標)を示すデータの集合である点群データを取得する。点群データは、例えば、公知の三次元計測を行うことにより計測することができる。例えば、旋回シュートに対する三次元レーザスキャナによる測定の結果から求める手法、旋回シュートに対するステレオカメラによる測定の結果から求める手法、または旋回シュートに対してパターン投影法を適用する手法により、点群データを計測することができる。三次元レーザスキャナによる測定では、レーザ光を対象物に放射状に照射し、レーザ光を照射してから対象物を反射して受光するまでの時間とレーザ光の照射角度とに基づいて、対象物の三次元計測(三次元の表面の点の座標の計測)を行う。ステレオカメラによる測定では、対象物の同一の位置を異なる複数の視点から撮像した画像に基づいて三角測量の原理により、対象物の三次元計測(三次元の表面の点の座標の計測)を行う。パターン投影法では、パターン光を対象物に投影した状態で対象物の画像を撮像し、画像に写ったパターン上の点の三次元座標を三角測量の原理により求める。何れの手法も公知の技術で実現することができるので、ここでは、その詳細な説明を省略する。
(Point cloud data acquisition unit 101)
The point cloud data acquisition unit 101 acquires point cloud data, which is a set of data indicating the coordinates of points on the surface of the wall (for example, the coordinates of a three-dimensional Cartesian coordinate system). The point cloud data can be measured, for example, by performing a known three-dimensional measurement. For example, point cloud data is measured by a method obtained from the measurement result of a three-dimensional laser scanner for a swirling chute, a method obtained from a measurement result of a stereo camera for a swirling chute, or a method of applying a pattern projection method to a swirling chute. can do. In the measurement by the three-dimensional laser scanner, the object is irradiated with the laser beam in a radial pattern, and the object is based on the time from the irradiation of the laser beam to the reflection and reception of the object and the irradiation angle of the laser beam. 3D measurement (measurement of coordinates of points on a 3D surface). In the measurement with a stereo camera, three-dimensional measurement (measurement of the coordinates of points on the three-dimensional surface) of the object is performed by the principle of triangulation based on images obtained by capturing the same position of the object from different viewpoints. .. In the pattern projection method, an image of an object is imaged with the pattern light projected onto the object, and the three-dimensional coordinates of the points on the pattern reflected in the image are obtained by the principle of triangulation. Since any of the methods can be realized by a known technique, detailed description thereof will be omitted here.

例えば、粒子挙動解析装置100と三次元計測を行う三次元計測装置とを通信可能に相互に接続する場合、点群データ取得部101は、三次元計測装置から送信される点群データを受信して記憶媒体に記憶することにより点群データを取得することができる。また、点群データ取得部101は、三次元計測装置で計測された点群データを記憶した可搬型の記憶媒体から点群データを読み出して記憶媒体に記憶することにより点群データを取得することができる。点群データの数は、数十万〜数千万個、またはそれ以上になることもある。 For example, when the particle behavior analysis device 100 and the three-dimensional measurement device that performs three-dimensional measurement are communicably connected to each other, the point cloud data acquisition unit 101 receives the point cloud data transmitted from the three-dimensional measurement device. The point cloud data can be acquired by storing the data in the storage medium. Further, the point cloud data acquisition unit 101 acquires the point cloud data by reading the point cloud data from the portable storage medium that stores the point cloud data measured by the three-dimensional measuring device and storing the point cloud data in the storage medium. Can be done. The number of point cloud data can range from hundreds of thousands to tens of millions or more.

図2は、点群データ取得部101で扱う旋回シュートの概略構成の一例を示す図である。図2(a)は、点群データ取得部101で点群データを取得する旋回シュートの領域の一例を示す図である。図3は、点群データ取得部101で取得される点群データの配置の一例を示す図である。図3では、表記の都合上、鮮明ではないが、図3のグレー、黒で示す部分は、点の集合である。 FIG. 2 is a diagram showing an example of a schematic configuration of a turning chute handled by the point cloud data acquisition unit 101. FIG. 2A is a diagram showing an example of a swivel chute region for acquiring point cloud data by the point cloud data acquisition unit 101. FIG. 3 is a diagram showing an example of arrangement of point cloud data acquired by the point cloud data acquisition unit 101. In FIG. 3, although it is not clear due to the convenience of notation, the parts shown in gray and black in FIG. 3 are a set of points.

(点データ除去部102)
点データ除去部102は、点群データ取得部101により取得された点群データの中に、除去する点があるか否かを判定する。除去する点は、例えば、構造物(本実施形態では旋回シュート)の領域のうち、粒子の流れに寄与しない領域(即ち、粒子の経路に該当しない領域)内の点である。点データ除去部102は、予め決められた条件に従って除去する点があるか否かを自動的に判定してよいし、オペレータによる粒子挙動解析装置100に対する入力操作に基づいて除去する点があるか否かを判定してもよい。
(Point data removal unit 102)
The point data removal unit 102 determines whether or not there is a point to be removed in the point cloud data acquired by the point cloud data acquisition unit 101. The point to be removed is, for example, a point in a region of the structure (a swirling chute in the present embodiment) that does not contribute to the flow of particles (that is, a region that does not correspond to the path of the particles). The point data removing unit 102 may automatically determine whether or not there is a point to be removed according to a predetermined condition, and whether or not there is a point to be removed based on an input operation to the particle behavior analysis device 100 by the operator. It may be determined whether or not.

予め決められた条件に従って除去する点があるか否かを自動的に判定する場合、例えば、点データ除去部102は、点群データ取得部101により取得された点群データから、構造物(本実施形態では旋回シュート)の外形を特定し、特定した外形内の領域に、予め決められた部位に対応する領域があると判定した場合に、除去する点があると判定し、そうでない場合に、除去する点がないと判定することができる。 When it is automatically determined whether or not there is a point to be removed according to a predetermined condition, for example, the point data removing unit 102 uses the point cloud data acquired by the point cloud data acquisition unit 101 to obtain a structure (this). In the embodiment, the outer shape of the swivel chute) is specified, and when it is determined that there is an area corresponding to a predetermined portion in the area within the specified outer shape, it is determined that there is a point to be removed, and when not, it is determined. , It can be determined that there is no point to remove.

オペレータによる粒子挙動解析装置100に対する入力操作に基づいて除去する点があるか否かを判定する場合、例えば、点データ除去部102は、点群データ取得部101により取得された点群データの情報をコンピュータディスプレイに表示する。オペレータは、この表示から、点群データの中に除去する点があると判断した場合、除去する点の情報を、粒子挙動解析装置100のユーザインターフェースを操作して入力する。点データ除去部102は、この情報の入力があった場合、除去する点があると判定し、そうでない場合に、除去する点がないと判定することができる。 When determining whether or not there is a point to be removed based on an input operation to the particle behavior analysis device 100 by the operator, for example, the point data removal unit 102 is information on the point cloud data acquired by the point cloud data acquisition unit 101. Is displayed on the computer display. When the operator determines from this display that there is a point to be removed in the point cloud data, the operator inputs the information of the point to be removed by operating the user interface of the particle behavior analysis device 100. When this information is input, the point data removing unit 102 can determine that there is a point to be removed, and if not, it can determine that there is no point to be removed.

点データ除去部102は、点群データ取得部101により取得された点群データの中に、除去する点があると判定すると、除去する点を特定し、特定した点のデータを点群データから除去する。点データ除去部102は、予め決められた条件に従って除去する点を自動的に特定してもよいし、オペレータによる粒子挙動解析装置100に対する入力操作に基づいて除去する点を特定してもよい。 When the point data removing unit 102 determines that there is a point to be removed in the point cloud data acquired by the point cloud data acquisition unit 101, the point data removing unit 102 identifies the point to be removed and extracts the data of the specified point from the point cloud data. Remove. The point data removing unit 102 may automatically specify the points to be removed according to predetermined conditions, or may specify the points to be removed based on the input operation to the particle behavior analysis device 100 by the operator.

予め決められた条件に従って除去する点を自動的に特定する場合、例えば、点データ除去部102は、前述したようにして特定した構造物(本実施形態では旋回シュート)の外形内の領域のうち、予め決められた部位の領域内の点を、除去する点として特定することができる。オペレータによる粒子挙動解析装置100に対する入力操作に基づいて除去する点を特定する場合、点データ除去部102は、前述したようにしてオペレータによるユーザインターフェースの操作により入力した除去する点の情報から、除去する点を特定することができる。 When the points to be removed are automatically specified according to a predetermined condition, for example, the point data removing unit 102 is included in the region within the outer shape of the structure (swivel chute in the present embodiment) specified as described above. , A point in the region of a predetermined portion can be specified as a point to be removed. When specifying the points to be removed based on the input operation to the particle behavior analysis device 100 by the operator, the point data removing unit 102 removes from the information of the points to be removed input by the operation of the user interface by the operator as described above. It is possible to specify the point to be done.

図2(b)は、旋回シュートの領域のうち、除去する点が存在する領域の一例を示す図である。図2(b)では、斜線で示す領域に存在する点が除去する点として特定される。図2(c)は、解析に使用する旋回シュートの領域の一例を示す図である。図2(b)において、旋回シュートの取り付け部分と、基端の部分は、原料(粒子)の流れに寄与しない部分であるので、この部分は、解析に使用しない。従って、図2(c)に示すように、旋回シュートの領域のうち、この部分を除く領域を、解析に使用する旋回シュートの領域とする。図4は、点群データ取得部101で取得される点群データのうち、点データ除去部102で除去されなかった点群データの配置の一例を示す図である。図4では、表記の都合上、鮮明ではないが、図4のグレー、黒で示す部分は、点の集合である。以下の説明では、点群データ取得部101で取得される点群データのうち、点データ除去部102で除去されなかった点群データを、必要に応じて、解析対象候補点群データと称する。また、点データ除去部102で除去されなかった点を必要に応じて解析対象候補点と称する。 FIG. 2B is a diagram showing an example of a region in which a point to be removed exists in the region of the swivel chute. In FIG. 2B, points existing in the shaded area are specified as points to be removed. FIG. 2C is a diagram showing an example of a swivel chute region used for analysis. In FIG. 2B, the attachment portion of the swirl chute and the proximal end portion are portions that do not contribute to the flow of the raw material (particles), and therefore this portion is not used in the analysis. Therefore, as shown in FIG. 2C, the region of the swivel chute excluding this portion is defined as the swirl chute region used for the analysis. FIG. 4 is a diagram showing an example of arrangement of point cloud data not removed by the point data removal unit 102 among the point cloud data acquired by the point cloud data acquisition unit 101. In FIG. 4, although it is not clear due to the convenience of notation, the parts shown in gray and black in FIG. 4 are a set of points. In the following description, among the point cloud data acquired by the point cloud data acquisition unit 101, the point cloud data not removed by the point data removal unit 102 will be referred to as analysis target candidate point cloud data, if necessary. Further, the points not removed by the point data removing unit 102 are referred to as analysis target candidate points as necessary.

(点データ補完部103)
三次元計測の手法によっては死角となる領域が存在すること等により、解析対象候補点群データに含まれる解析対象候補点の密度(単位面積当たりの点の数)が低い領域が存在することがある。そこで、点データ補完部103は、解析対象候補点群データが存在する領域に、点を補完する領域があるか否かを判定する。解析対象候補点群データが存在する領域は、全ての解析対象候補点群データを含む領域である。例えば、全ての解析対象候補点群データが含まれるように最も外側にある解析対象候補点を結ぶことにより囲まれる領域を、解析対象候補点群データが存在する領域とすることができる。点データ補完部103は、予め決められた条件に従って点を補完する領域があるか否かを自動的に判定してよいし、オペレータによる粒子挙動解析装置100に対する入力操作に基づいて点を補完する領域があるか否かを判定してもよい。
(Point data complement unit 103)
Depending on the three-dimensional measurement method, there may be a region that becomes a blind spot, so there may be a region where the density of the analysis target candidate points (the number of points per unit area) included in the analysis target candidate point cloud data is low. be. Therefore, the point data complementing unit 103 determines whether or not there is a region for complementing points in the region where the analysis target candidate point cloud data exists. The area in which the analysis target candidate point cloud data exists is an area including all the analysis target candidate point cloud data. For example, the area surrounded by connecting the outermost analysis target candidate points so as to include all the analysis target candidate point cloud data can be set as the area in which the analysis target candidate point cloud data exists. The point data complementing unit 103 may automatically determine whether or not there is a region for complementing points according to predetermined conditions, and complements points based on an input operation to the particle behavior analysis device 100 by the operator. It may be determined whether or not there is an area.

予め決められた条件に従って点を補完する領域があるか否かを自動的に判定する場合、例えば、点データ補完部103は、解析対象候補点群データが存在する領域のうち、点の密度が予め決められた値以下の領域がある場合、点を補完する領域があると判定し、そうでない場合に、点を補完する領域がないと判定することができる。 When it is automatically determined whether or not there is an area for complementing points according to a predetermined condition, for example, the point data complementing unit 103 has a point density of the area in which the analysis target candidate point cloud data exists. If there is an area equal to or less than a predetermined value, it can be determined that there is an area that complements the points, and if not, it can be determined that there is no area that complements the points.

オペレータによる粒子挙動解析装置100に対する入力操作に基づいて点を補完する領域があるか否かを判定する場合、例えば、点データ補完部103は、解析対象候補点群データの情報をコンピュータディスプレイに表示する。オペレータは、この表示から、解析対象候補点群データが存在する領域に点を補完する領域があると判断した場合、点を補完する領域の情報を、粒子挙動解析装置100のユーザインターフェースを操作して入力する。点データ補完部103は、この情報の入力があった場合、点を補完する領域があると判定し、そうでない場合に、点を補完する領域がないと判定することができる。 When determining whether or not there is a region for complementing points based on an input operation to the particle behavior analysis device 100 by the operator, for example, the point data complementing unit 103 displays information on the analysis target candidate point cloud data on the computer display. do. When the operator determines from this display that there is a point-complementing area in the area where the analysis target candidate point cloud data exists, the operator operates the user interface of the particle behavior analysis device 100 with the information of the point-complementing area. And enter. When this information is input, the point data complementing unit 103 can determine that there is an area for complementing points, and if not, it can determine that there is no area for complementing points.

点データ補完部103は、解析対象候補点群データが存在する領域に、点を補完する領域があると判定すると、その領域に対し、点のデータを追加し、その点のデータを解析対象候補点に追加する。
本実施形態では、点データ補完部103は、点を補完する領域に含まれる点のデータに基づいてメッシュを作成し、メッシュの内部に点を追加する。メッシュを作成する方法として、例えば、非特許文献1に記載されているBall Pivoting法を用いることができる。Ball Pivoting法は、点群が存在する領域において、所定の半径のボール(球)を回転移動させ、他の点を含むことなくボールに触れる三点を選び、選んだ三点を頂点とする三角形のメッシュを生成することを繰り返して行う手法である。Ball Pivoting法は、非特許文献1等に記載されている公知の技術であるので、ここでは、その詳細な説明を省略する。また、メッシュを作成する方法は、Ball Pivoting法に限定されず、その他の公知の手法(例えば非特許文献4に記載されているVCG法)であってもよい。
When the point data complementing unit 103 determines that there is an area for complementing points in the area where the analysis target candidate point cloud data exists, the point data is added to the area, and the point data is used as the analysis target candidate. Add to the point.
In the present embodiment, the point data complementing unit 103 creates a mesh based on the point data included in the area that complements the points, and adds the points inside the mesh. As a method for producing the mesh, for example, the Ball Pivoting method described in Non-Patent Document 1 can be used. The Ball Pivoting method is a triangle in which a ball (sphere) with a predetermined radius is rotated and moved in a region where a point group exists, three points that touch the ball are selected without including other points, and the selected three points are the vertices. It is a method of repeatedly generating the mesh of. Since the Ball Pivoting method is a known technique described in Non-Patent Document 1 and the like, detailed description thereof will be omitted here. Further, the method for creating the mesh is not limited to the Ball Pivoting method, and may be another known method (for example, the VCG method described in Non-Patent Document 4).

また、本実施形態では、点データ補完部103は、点を補完する領域(メッシュ)に点を追加した後の点の空間周波数の分布がブルーノイズ特性(blue−noise property)を有するように、点を補完する領域に対し、点のデータを追加する。点(ドット)の空間周波数は、点の座標をフーリエ変換することで得られ、点群の大域的な間隔は低周波数成分として表され、細部の間隔の違いは高周波数成分として表される。ブルーノイズ特性とは、点(ドット)の空間周波数の分布において、低周波成分よりも高周波成分が多くなり、極大値を持たない特性をいう。ブルーノイズ特性を有する点の配置のパターンは、非特許文献2に記載されているように、ランダム化された等方的な配置(randomized uniform distributions)であり、点の分散性に優れる。このように、点の空間周波数の分布は、点の座標をフーリエ変換することにより得られる、空間周波数とスペクトル強度との関係を示すものである。一般的には、点(ドット)の空間周波数は、相互に隣接する2つの点の間の距離の逆数に対応し、点(ドット)の空間周波数の分布は、各空間周波数(当該距離)の出現頻度に対応する。 Further, in the present embodiment, the point data complementing unit 103 has a blue-noise property so that the spatial frequency distribution of the points after adding the points to the region (mesh) that complements the points has a blue-noise property. Add point data to the area that complements the points. The spatial frequency of points (dots) is obtained by Fourier transforming the coordinates of the points, the global spacing of the point cloud is represented as a low frequency component, and the difference in detail spacing is represented as a high frequency component. The blue noise characteristic refers to a characteristic in which the spatial frequency distribution of points (dots) has more high-frequency components than low-frequency components and does not have a maximum value. As described in Non-Patent Document 2, the pattern of arrangement of points having a blue noise characteristic is randomized uniform distributions, and is excellent in the dispersibility of points. As described above, the distribution of the spatial frequency of the point shows the relationship between the spatial frequency and the spectral intensity obtained by Fourier transforming the coordinates of the point. In general, the spatial frequency of a point (dot) corresponds to the reciprocal of the distance between two adjacent points, and the spatial frequency distribution of the point (dot) is that of each spatial frequency (the distance). Corresponds to the frequency of appearance.

空間周波数の分布がブルーノイズ特性を有するように点を配置する方法として、例えば、Poisson disk subsampling法がある。Poisson disk subsampling法は、乱数に従って点の位置を選択し、選択した点の位置と既に配置した点の位置との間隔が所定の距離以上離れている場合に、選択した点を配置することを繰り返し行う手法である。Poisson disk subsampling法により配置される点の分布は、相互に隣接する点の間隔が所定の距離未満になってはならないという付加的制約を有するランダムな分布になる。Poisson disk subsampling法は、非特許文献2、3等に記載されている公知の技術であるので、ここでは、その詳細な説明を省略する。空間周波数の分布がブルーノイズ特性を有するように点を配置する方法は、Poisson disk subsampling法に限定されず、その他の公知の手法(例えば、非特許文献2に記載されているRelaxation-Based Sampling法や、Patch/Tile-Based Sampling法等)であってもよい。 For example, there is a Poisson disk subsampling method as a method of arranging points so that the distribution of spatial frequencies has a blue noise characteristic. The Poisson disk subsampling method selects the position of a point according to a random number, and repeats placing the selected point when the distance between the position of the selected point and the position of the already placed point is more than a predetermined distance. This is the method to be performed. The distribution of points arranged by the Poisson disk subsampling method is a random distribution with the additional constraint that the distance between adjacent points must not be less than a predetermined distance. Since the Poisson disk subsampling method is a known technique described in Non-Patent Documents 2, 3 and the like, detailed description thereof will be omitted here. The method of arranging the points so that the spatial frequency distribution has the blue noise characteristic is not limited to the Poisson disk subsampling method, and other known methods (for example, the Relaxation-Based Sampling method described in Non-Patent Document 2). , Patch / Tile-Based Sampling method, etc.).

(点群データ抽出部104)
点群データ抽出部104は、解析対象候補点群データから、後述する壁用粒子を配置する点を抽出する。以下の説明は、この点を必要に応じて解析対象点と称し、この点の集合である点群のデータを必要に応じて解析対象点群データと称する。本実施形態では、点群データ抽出部104は、解析対象点の空間周波数の分布がブルーノイズ特性を有するように、解析対象候補点群データから、解析対象点を抽出する。図5は、解析対象点の配置の一例を概念的に示す図である。このとき、点群データ抽出部104は、解析対象点の密度が所定の範囲内になるように、解析対象点を抽出してもよい。後述するように本実施形態では、1つの解析対象点に対し、球形状の粒子を1つ配置することによって、構造物(本実施形態では旋回シュート)の表面(壁)を表現する。以下の説明では、この球形状の粒子を必要に応じて壁用粒子と称する。解析対象点の密度が高すぎると、壁用粒子の数を多数配置することになり、計算負荷が高くなる。一方、解析対象点の密度が低すぎると、構造物(本実施形態では旋回シュート)の表面を精度よく再現することができない虞がある。前述した所定の範囲は、このような観点から決められる。
(Point cloud data extraction unit 104)
The point cloud data extraction unit 104 extracts points for arranging wall particles, which will be described later, from the analysis target candidate point cloud data. In the following description, this point is referred to as an analysis target point as necessary, and the point cloud data which is a set of these points is referred to as an analysis target point cloud data as necessary. In the present embodiment, the point cloud data extraction unit 104 extracts the analysis target point from the analysis target candidate point cloud data so that the spatial frequency distribution of the analysis target point has a blue noise characteristic. FIG. 5 is a diagram conceptually showing an example of the arrangement of analysis target points. At this time, the point cloud data extraction unit 104 may extract the analysis target points so that the density of the analysis target points is within a predetermined range. As will be described later, in the present embodiment, the surface (wall) of the structure (swivel chute in the present embodiment) is expressed by arranging one spherical particle for one analysis target point. In the following description, the spherical particles will be referred to as wall particles, if necessary. If the density of the analysis target points is too high, a large number of wall particles will be arranged, which will increase the calculation load. On the other hand, if the density of the analysis target points is too low, the surface of the structure (swivel chute in the present embodiment) may not be accurately reproduced. The predetermined range described above is determined from such a viewpoint.

前述したように本実施形態では、点データ補完部103は、点を補完する領域(メッシュ)に点を追加した後の点の空間周波数の分布がブルーノイズ特性を有するように、点を補完する領域に対し、点のデータを追加する。従って、点群データ抽出部104は、点を補完する領域内の解析対象候補点群データをそのまま解析対象点群データとして採用してもよい。 As described above, in the present embodiment, the point data complementing unit 103 complements the points so that the spatial frequency distribution of the points after adding the points to the region (mesh) that complements the points has a blue noise characteristic. Add point data to the area. Therefore, the point cloud data extraction unit 104 may adopt the analysis target candidate point cloud data in the region that complements the points as the analysis target point cloud data as it is.

また、点データ補完部103は、点を補完する領域(メッシュ)に追加後の点の空間周波数の分布がブルーノイズ特性を有しないように、点を補完する領域に対し、点のデータを追加してもよい。例えば、点データ補完部103は、点を補完する領域に対し、点のデータをランダムに配置してもよい。このようにする場合、点群データ抽出部104は、点を補完する領域内の解析対象候補点群データを含む全ての解析対象候補点群データから、解析対象点の空間周波数の分布がブルーノイズ特性を有するように、解析対象点を抽出してもよい。尚、解析対象点の空間周波数の分布がブルーノイズ特性を有することが好ましい理由については後述する。 Further, the point data complementing unit 103 adds point data to the area that complements the points so that the spatial frequency distribution of the points after the addition to the area (mesh) that complements the points does not have blue noise characteristics. You may. For example, the point data complementing unit 103 may randomly arrange the point data in the area that complements the points. In this case, the point cloud data extraction unit 104 determines that the spatial frequency distribution of the analysis target points is blue noise from all the analysis target candidate point cloud data including the analysis target candidate point cloud data in the region that complements the points. The analysis target point may be extracted so as to have characteristics. The reason why it is preferable that the spatial frequency distribution of the analysis target points has a blue noise characteristic will be described later.

(表面粗さ情報取得部105)
表面粗さ情報取得部105は、構造物(本実施形態では旋回シュート)の表面からの凹み量の最大値(図6の表面粗さの最大値ζ1,2[m])を、構造物の表面粗さを示す表面粗さ情報として取得する。表面粗さ情報取得部105は、表面粗さ情報を、オペレータによる粒子挙動解析装置100に対する入力操作に基づいて取得してもよいし、自動的に設定してもよい。表面粗さ情報を自動的に設定する場合、例えば、表面粗さ情報取得部105は、構造物(本実施形態では旋回シュート)の表面の摩耗の状態を反映した物理量と、表面粗さ情報とを相互に関連付けて記憶したテーブルを作成しておき、実測から得られた当該物理量と構造物(本実施形態では旋回シュート)の位置を示す情報とを入力すると、当該物理量に関連付けられて当該テーブルに記憶された表面粗さ情報を当該位置における表面粗さ情報として設定することができる。また、本実施形態では、表面粗さ情報取得部105は、摩擦抵抗が同じと近似できる領域毎に表面粗さ情報を取得する。
(Surface roughness information acquisition unit 105)
The surface roughness information acquisition unit 105 sets the maximum value of the amount of dent from the surface of the structure (swivel chute in this embodiment) (maximum surface roughness value ζ 1,2 [m] in FIG. 6) of the structure. It is acquired as surface roughness information indicating the surface roughness of. The surface roughness information acquisition unit 105 may acquire the surface roughness information based on an input operation to the particle behavior analysis device 100 by the operator, or may automatically set the surface roughness information. When the surface roughness information is automatically set, for example, the surface roughness information acquisition unit 105 includes physical quantities reflecting the state of surface wear of the structure (swivel chute in this embodiment) and surface roughness information. Are created in association with each other, and when the physical quantity obtained from the actual measurement and the information indicating the position of the structure (swivel chute in the present embodiment) are input, the table is associated with the physical quantity. The surface roughness information stored in can be set as the surface roughness information at the position. Further, in the present embodiment, the surface roughness information acquisition unit 105 acquires the surface roughness information for each region where the frictional resistance can be approximated to be the same.

(壁用粒子設定部106)
壁用粒子設定部106は、点群データ抽出部104により抽出された解析対象点のそれぞれに対し、表面粗さ情報取得部105により取得された表面粗さ情報に基づいて、壁用粒子を1つずつ設定する。本実施形態では、壁用粒子設定部106は、解析対象点の位置を中心とする球形状の粒子を壁用粒子として設定する。図6は、壁用粒子を設定する方法の一例を概念的に示す図である。
(Wall particle setting unit 106)
The wall particle setting unit 106 sets 1 wall particle for each of the analysis target points extracted by the point cloud data extraction unit 104, based on the surface roughness information acquired by the surface roughness information acquisition unit 105. Set one by one. In the present embodiment, the wall particle setting unit 106 sets spherical particles centered on the position of the analysis target point as wall particles. FIG. 6 is a diagram conceptually showing an example of a method of setting wall particles.

図6において、まず、壁用粒子設定部106は、解析対象点601と、解析対象点601に隣接する解析対象点602との距離Pを導出する。壁用粒子設定部106は、解析対象点601に隣接する全ての解析対象点について、このような距離Pを導出する。次に、壁用粒子設定部106は、解析対象点601、602が存在する位置に対応する表面粗さ情報(表面粗さの最大値ζi,j)を取得する。壁用粒子設定部106は、解析対象点601と、解析対象点601に隣接する全ての解析対象点とが存在するそれぞれの位置に対応する表面粗さ情報(表面粗さの最大値ζi,j)を取得する。 In FIG. 6, first, the wall particle setting unit 106 derives the distance P between the analysis target point 601 and the analysis target point 602 adjacent to the analysis target point 601. The wall particle setting unit 106 derives such a distance P for all analysis target points adjacent to the analysis target point 601. Next, the wall particle setting unit 106 acquires surface roughness information (maximum surface roughness value ζ i, j ) corresponding to the positions where the analysis target points 601 and 602 exist. The wall particle setting unit 106 provides surface roughness information (maximum surface roughness value ζ i,) corresponding to each position where the analysis target point 601 and all the analysis target points adjacent to the analysis target point 601 exist. j ) is obtained.

そして、壁用粒子設定部106は、解析対象点601を中心とする球の半径をrwi[m]とし、解析対象点601に隣接する解析対象点602を中心とする球の半径をrwj[m]とする以下の(1)式に、解析対象点601、602の距離Pと、解析対象点601、602が存在する位置に対応する表面粗さ情報(表面粗さの最大値ζi,j)とを代入する。尚、(1)式において、iは、相互に隣接する2つの解析対象点のうち一方の解析対象点を特定する変数であり、jは、他方の解析対象点を特定する変数である。また、ζi,jは、相互に隣接する2つの解析対象点(変数i、jで特定される解析対象点)が存在する位置に対応する表面粗さ情報(表面粗さの最大値ζi,j)である。尚、図6に示す例では、iは、解析対象点601を特定する変数(=1)であり、jは、解析対象点602を特定する変数(=2)である。 Then, the wall particle setting unit 106 sets the radius of the sphere centered on the analysis target point 601 to r wi [m], and sets the radius of the sphere centered on the analysis target point 602 adjacent to the analysis target point 601 to r wj. Surface roughness information (maximum value of surface roughness ζ i) corresponding to the distance P of the analysis target points 601 and 602 and the position where the analysis target points 601 and 602 exist in the following equation (1) set to [m]. , j ) and substitute. In Eq. (1), i is a variable that specifies one of the two analysis target points adjacent to each other, and j is a variable that specifies the other analysis target point. Further, ζ i and j are surface roughness information (maximum surface roughness value ζ i ) corresponding to the position where two analysis target points (analysis target points specified by variables i and j) that are adjacent to each other exist. , J ). In the example shown in FIG. 6, i is a variable (= 1) that specifies the analysis target point 601 and j is a variable (= 2) that specifies the analysis target point 602.

Figure 0006939487
Figure 0006939487

壁用粒子設定部106は、以上のような(1)式への代入を、相互に隣接する2つの解析対象点の組の全てについて行う。その結果、(1)式は、相互に隣接する2つの解析対象点の組の数だけ得られる。壁用粒子設定部106は、このようにして得られた(1)式を満足する球の半径rwi、rwjを、例えばi=1の解析対象点(解析対象点601)から順に全ての解析対象点について算出する。
尚、のちの接触判定処理と各解析用粒子の移動処理の計算負荷の観点から、球の半径rwi、rwjの差は小さいほど好ましく、これらの球の半径rwi、rwjが等しいことが最も好ましい。
The particle setting unit 106 for the wall performs the above substitution to the equation (1) for all the sets of two analysis target points adjacent to each other. As a result, Eq. (1) is obtained for the number of pairs of two analysis target points adjacent to each other. The wall particle setting unit 106 sets the radii r wi and r wj of the spheres satisfying the equation (1) thus obtained in order from, for example, the analysis target point (analysis target point 601) of i = 1. Calculate for the analysis target point.
Incidentally, in view of a later collision detection process and the calculation load of the mobile processing of each analysis particle radius r wi of the sphere, preferably as the difference between the r wj is small, the radius r wi of these spheres, r wj is equal to Is the most preferable.

尚、この計算の結果、球の半径rwi、rwjが一意に定まらない場合、壁用粒子設定部106は、例えば、相互に隣接する2つの解析対象点(変数i、jで特定される解析対象点)が存在する位置に対応する表面粗さ情報(表面粗さの最大値ζi,j)の値を変更して、全ての解析対象点について、解析対象点を中心とする球の半径rwi、rwjが一意に定まるようにすることができる。このとき、壁用粒子設定部106は、表面粗さの最大値ζi,jに対する変更量と、変更する表面粗さの最大値ζi,jの数とが可及的に小さくなるようにするのが好ましい。 If the sphere radii r wi and r wj are not uniquely determined as a result of this calculation, the wall particle setting unit 106 is specified, for example, by two analysis target points (variables i and j) adjacent to each other. By changing the value of the surface roughness information (maximum surface roughness value ζ i, j ) corresponding to the position where the analysis target point) exists, for all the analysis target points, the sphere centered on the analysis target point The radii r wi and r w j can be uniquely determined. At this time, the wall particle setting unit 106 makes the amount of change with respect to the maximum value ζ i, j of the surface roughness and the number of the maximum value ζ i, j of the surface roughness to be changed as small as possible. It is preferable to do so.

また、計算負荷を軽減し、壁用粒子設定部106の動作を簡略化させるために、隣接する全ての解析対象点について同一の二点間距離Pを用い、全ての解析対象点について同一の球の半径rwを用いても良い。具体的には、全ての解析対象点から、相互に隣接する2つの解析対象点のペアを全て抽出し、抽出した2つの解析対象点のペアの全てについて、当該2つの解析対象点の二点間距離を求め、求めた解析対象点の二点間距離の平均値を、距離Pとして与えればよく、また、(1)式において球の半径rwi=rwj=rwとの条件を追加すればよい。尚、このようにして距離Pを求める場合、平均値以外の代表値(中央値等)を用いてもよい。尚、解析対象点の二点間距離の平均値としての距離Pは、簡易計算のために便宜上の値であり、解析対象点の位置を変更する必要は無い。壁用粒子設定部106においてこのような簡易計算を行う場合、相互に隣接する2つの解析対象点のペアごとに表面粗さ情報(表面粗さの最大値ζi,j)を得るのではなく、構造物の表面からの凹み量の代表値としてζを用いればよい。 Further, in order to reduce the calculation load and simplify the operation of the wall particle setting unit 106, the same two-point distance P is used for all adjacent analysis target points, and the same sphere is used for all analysis target points. The radius r w of may be used. Specifically, all pairs of two analysis target points adjacent to each other are extracted from all analysis target points, and all of the extracted two analysis target point pairs are two points of the two analysis target points. The distance may be obtained, and the average value of the distance between the two points to be analyzed may be given as the distance P, and the condition that the radius of the sphere r wi = r wj = r w is added in Eq. (1). do it. When the distance P is obtained in this way, a representative value (median value or the like) other than the average value may be used. The distance P as the average value of the distances between the two points to be analyzed is a value for convenience for simple calculation, and it is not necessary to change the position of the analysis target points. When performing such a simple calculation in the wall particle setting unit 106, the surface roughness information (maximum surface roughness value ζ i, j ) is not obtained for each pair of two analysis target points adjacent to each other. , Ζ may be used as a representative value of the amount of dent from the surface of the structure.

壁用粒子設定部106は、解析対象点を中心とし、当該解析対象点に対して算出した半径rwiまたはrwjを半径とする球を、当該解析対象点に対する壁用粒子として設定する。壁用粒子設定部106は、このような壁用粒子の設定を全ての解析対象点のそれぞれに対して行う。具体的に壁用粒子設定部106は、中心の座標と半径とを含む情報を壁用粒子の情報として設定する。 The wall particle setting unit 106 sets a sphere centered on the analysis target point and having a radius r wi or r wj calculated with respect to the analysis target point as wall particles for the analysis target point. The wall particle setting unit 106 sets such wall particles for each of all analysis target points. Specifically, the wall particle setting unit 106 sets information including the coordinates of the center and the radius as the information of the wall particles.

尚、本実施形態では、図6に示すように、相互に隣接する2つの解析対象点601、602が存在する位置に対応する表面粗さ情報(表面粗さの最大値ζ1,2)は、点605aと、点606との間の距離である。点606は、壁用粒子603、604とが交わる点のうち、構造物(本実施形態では旋回シュート)の表面側にある点である。点605aは、解析対象点601、602に対する壁用粒子603、604の、構造物(本実施形態では旋回シュート)の表面に位置する点603a、604aを相互に結ぶ仮想線605上の点であり、点606から仮想線605に対して垂直な方向に伸ばした垂線との交点である。このように、相互に隣接して配置される壁用粒子603、604の間にできる隙間の凹み量の最大値は、解析対象点601、602が存在する位置に対応する表面粗さ情報(表面粗さの最大値ζ1,2)に応じた値(ここでは、表面粗さの最大値ζ1,2に等しい値)になる。
図7は、壁用粒子の配置の一例を示す図である。図7では、表記の都合上、鮮明ではないが、図7の矢印線の先に拡大して示すような球形状の壁用粒子が、図7の黒で示す部分に配置されている。
In the present embodiment, as shown in FIG. 6, the surface roughness information (maximum surface roughness value ζ 1, 2 ) corresponding to the positions where two analysis target points 601 and 602 adjacent to each other exist is provided. , The distance between the point 605a and the point 606. The point 606 is a point on the surface side of the structure (swivel chute in the present embodiment) among the points where the wall particles 603 and 604 intersect. The point 605a is a point on the virtual line 605 connecting the points 603a and 604a located on the surface of the structure (swivel chute in this embodiment) of the wall particles 603 and 604 with respect to the analysis target points 601 and 602. , An intersection with a perpendicular line extending from the point 606 in a direction perpendicular to the virtual line 605. In this way, the maximum value of the amount of dent in the gap formed between the wall particles 603 and 604 arranged adjacent to each other is the surface roughness information (surface roughness information) corresponding to the position where the analysis target points 601 and 602 exist. The value corresponds to the maximum roughness value ζ 1,2 ) (here, the value equal to the maximum surface roughness value ζ 1,2 ).
FIG. 7 is a diagram showing an example of arrangement of wall particles. In FIG. 7, although it is not clear for the convenience of notation, spherical wall particles as shown enlarged at the tip of the arrow line in FIG. 7 are arranged in the portion shown in black in FIG. 7.

(属性情報設定部107)
属性情報設定部107は、壁用粒子設定部106で設定された壁用粒子のそれぞれについて、構造物(本実施形態では旋回シュート)の属性情報を、例えば、オペレータによる粒子挙動解析装置100に対する入力操作に基づいて取得する。属性情報設定部107が設定する属性情報は、例えば、ヤング率、ポアソン比、摩擦係数、および速度である。ここで、速度は、構造物(本実施形態では旋回シュート)が動く場合に設定される。
尚、属性情報設定部107は、壁用粒子の1つ1つに対して、属性情報を個別に設定するようにしても、同一の物性を有すると近似できる領域(例えば、摩擦抵抗が同じと近似できる領域)に属する複数の壁用粒子に対して、属性情報を一括して設定するようにしてもよい。
(Attribute information setting unit 107)
The attribute information setting unit 107 inputs the attribute information of the structure (in this embodiment, the swirling chute) to the particle behavior analysis device 100 by the operator for each of the wall particles set by the wall particle setting unit 106. Get based on the operation. The attribute information set by the attribute information setting unit 107 is, for example, Young's modulus, Poisson's ratio, friction coefficient, and velocity. Here, the speed is set when the structure (swivel chute in this embodiment) moves.
Even if the attribute information setting unit 107 sets the attribute information individually for each of the wall particles, it can be approximated as having the same physical properties (for example, if the frictional resistance is the same). Attribute information may be set collectively for a plurality of wall particles belonging to (approximate region).

(解析用粒子挙動解析部108)
解析用粒子挙動解析部108は、球状の解析用粒子の挙動をDEMにより解析する。前述したように、本実施形態では、解析用粒子は、焼結鉱やコークスとなる。解析用粒子挙動解析部108は、例えば、オペレータによる粒子挙動解析装置100に対する入力操作に基づいて設定された、解析用粒子の情報に基づいて、各解析用粒子を所望の位置に配置する。そして、解析用粒子挙動解析部108は、各解析用粒子が他の解析用粒子や壁用粒子と接触しているか否かを判定する。
解析用粒子が他の解析用粒子と接触している場合、解析用粒子挙動解析部108は、法線方向およびせん断方向の反発力を求めて並進の運動方程式を解くことと、重心周りの力のモーメントを求めて回転の運動方程式を解くことと、を各解析用粒子のそれぞれについて行い、その結果に基づいて各解析用粒子を移動させる。一方、解析用粒子が壁用粒子と接触している場合、解析用粒子挙動解析部108は、法線方向およびせん断方向の反発力を求めて並進の運動方程式を解くことと、重心周りの力のモーメントを求めて回転の運動方程式を解くことと、を解析用粒子についてのみ行い、壁用粒子については行わない。尚、壁用粒子についても、これらの運動方程式を解いてもよいが、壁用粒子については、当該運動方程式を解いた結果(すなわち力)を作用させないようにし、解析用粒子から受ける力によって動かないようにする。
尚、本実施形態では、壁用粒子については、解析用粒子から受ける力によって動かないようにしたが、必ずしもこのようにする必要はない。例えば、壁用粒子が解析用粒子からの力によって微小な振幅で振動するようにしてもよい。
(Particle Behavior Analysis Unit 108 for Analysis)
The analysis particle behavior analysis unit 108 analyzes the behavior of spherical analysis particles by DEM. As described above, in the present embodiment, the analysis particles are sinter or coke. The analysis particle behavior analysis unit 108 arranges each analysis particle at a desired position based on the information of the analysis particles set based on, for example, an input operation to the particle behavior analysis device 100 by the operator. Then, the analysis particle behavior analysis unit 108 determines whether or not each analysis particle is in contact with other analysis particles or wall particles.
When the particle for analysis is in contact with another particle for analysis, the particle behavior analysis unit 108 for analysis finds the repulsive force in the normal direction and the shear direction, solves the translational equation of motion, and the force around the center of gravity. The equation of motion of rotation is solved by finding the moment of, and each of the particles for analysis is performed, and each particle for analysis is moved based on the result. On the other hand, when the particle for analysis is in contact with the particle for wall, the particle behavior analysis unit 108 for analysis finds the repulsive force in the normal direction and the shear direction, solves the translational equation of motion, and forces around the center of gravity. Solving the equation of motion of rotation by finding the moment of, is performed only for the particles for analysis, not for the particles for walls. For wall particles, these equations of motion may be solved, but for wall particles, the result (that is, force) of solving the equation of motion is prevented from acting, and the particles are moved by the force received from the analysis particles. Try not to.
In the present embodiment, the wall particles are prevented from moving due to the force received from the analysis particles, but it is not always necessary to do so. For example, the wall particles may vibrate with a minute amplitude due to the force from the analysis particles.

解析用粒子挙動解析部108は、このような接触判定処理と各解析用粒子の移動処理を所定の時間隔毎に行う。そして、その結果から各解析用粒子の解析時間における挙動を得る。尚、この解析時間において解析用粒子間に発生している力のバランスを崩す条件を与えることにより、解析用粒子が動くことになる。 The analysis particle behavior analysis unit 108 performs such contact determination processing and movement processing of each analysis particle at predetermined time intervals. Then, from the result, the behavior of each analysis particle at the analysis time is obtained. It should be noted that the analysis particles move by giving a condition for disturbing the balance of the forces generated between the analysis particles during this analysis time.

具体的に、解析用粒子挙動解析部108は、例えば、以下の(2)式により、解析用粒子s、wの接触領域における法線方向の反発力Fn,swを求め、以下の(3)式により、解析用粒子s、wの接触領域におけるせん断方向の反発力Ft,swを求め、以下の(4)式の並進の運動方程式を解き、以下の(5)式により回転の運動方程式を解く。 Specifically, the analysis particle behavior analysis unit 108 obtains the repulsive forces F n and sw in the normal direction in the contact region of the analysis particles s and w by the following equation (2), and obtains the following (3). ), The repulsive force F t, sw in the shear direction in the contact region of the particles s and w for analysis is obtained, the translational equation of motion of the following equation (4) is solved, and the rotational motion is obtained by the following equation (5). Solve the equation.

Figure 0006939487
Figure 0006939487

図8は、相互に接触している2つの粒子(解析用粒子、壁用粒子)801、802の様子の一例(図8(a))と、解析用粒子803の挙動の一例(図8(b))を概念的に示す図である。図8を参照しながら、(2)式から(5)式のパラメータを説明する。
(2)式において、Knは、法線方向のばね定数であり、例えば図8(a)の距離Hやδnに応じて設定することができる。ただし、Knは、予め設定された一定値にすることもできる。Δun,swは、2つの粒子s、w間の重心の法線方向における相対的な並進変位である。ηnは、法線方向の粘性定数であり、予め設定されるものである。nswは、法線方向の単位ベクトルである。Δtは、所定の時間隔であり、予め設定されるものである。
FIG. 8 shows an example of the appearance of the two particles (analytical particles and wall particles) 801 and 802 in contact with each other (FIG. 8 (a)) and an example of the behavior of the analytical particles 803 (FIG. 8 (FIG. 8). b)) is a diagram conceptually showing. The parameters of equations (2) to (5) will be described with reference to FIG.
In the equation (2), K n is a spring constant in the normal direction, and can be set according to , for example, the distance H and δ n in FIG. 8 (a). However, K n can also be a preset constant value. Δun and sw are relative translational displacements of the two particles s and w in the normal direction of the center of gravity. η n is a viscosity constant in the normal direction and is preset. n sw is a unit vector in the normal direction. Δt is a predetermined time interval and is set in advance.

(3)式において、min[A,B]は、AとBのうち小さい方を採用することを意味する。μは、摩擦係数であり、予め設定された値にすることができる。ただし、μは、状態等に応じて異ならせることもできる。tswはせん断方向の単位ベクトルである。Ktは、せん断方向のばね定数であり、例えば図8(a)の距離Hやδn、δtに応じて設定することができる。ただし、Ktは、予め設定された一定値にすることもできる。Δut,swは、2つの粒子s、w間の重心のせん断方向における相対的な並進変位である。Δφswは、粒子の回転に起因する接触領域の相対的な回転変位であり、例えば、図8(a)の粒子801の回転変位φsと粒子802の回転変位φwとの差により表すことができる。ηtは、せん断方向の粘性定数であり、予め設定されるものである。Δtは、所定の時間隔であり、予め設定されるものである。
尚、構造物(本実施形態では旋回シュート)の属性情報として、壁用粒子に設定されているヤング率やポアソン比は、(2)式に示すKn、ηnや、(3)式に示すKt、ηtを決定する際に使用されるものである。
In equation (3), min [A, B] means that the smaller of A and B is adopted. μ is a coefficient of friction and can be a preset value. However, μ can be different depending on the state and the like. t sw is a unit vector in the shear direction. K t is a spring constant in the shear direction, and can be set according to , for example, the distance H, δ n , and δ t in FIG. 8 (a). However, K t can also be a preset constant value. Δut and sw are relative translational displacements of the center of gravity between the two particles s and w in the shear direction. Δφ sw is the relative rotational displacement of the contact region due to the rotation of the particles, and is represented by, for example, the difference between the rotational displacement φ s of the particles 801 and the rotational displacement φ w of the particles 802 in FIG. 8 (a). Can be done. η t is a viscosity constant in the shear direction and is preset. Δt is a predetermined time interval and is set in advance.
The Young's modulus and Poisson's ratio set for the wall particles as attribute information of the structure (swivel chute in this embodiment) are K n , η n shown in Eq. (2) and Eq. (3). It is used in determining K t and η t to be indicated.

(4)式において、vは、解析用粒子の速度である(図8を参照)。vの上に付されている・は時間微分を表す。Fは、せん断方向および法線方向の反発力の総和である。mは、解析用粒子の質量であり、予め設定されるものである。gは、重力加速度である。尚、解析用粒子が他の解析用粒子や壁用粒子と接触していない場合、(4)式の右辺の第1項は0(ゼロ)になる。
(5)式において、ωは、解析用粒子の角速度である(図8を参照)。ωの上に付されている・は時間微分を表す。Mは、力のモーメントの総和であり、せん断方向および法線方向の反発力Fn,sw、Ft,swから求められる。Iは、慣性モーメントであり、予め設定されるものである。
In equation (4), v is the velocity of the particles for analysis (see FIG. 8). Attached above v represents the time derivative. F is the sum of the repulsive forces in the shear direction and the normal direction. m is the mass of the particles for analysis and is preset. g is the gravitational acceleration. When the analysis particles are not in contact with other analysis particles or wall particles, the first term on the right side of Eq. (4) becomes 0 (zero).
In equation (5), ω is the angular velocity of the particles for analysis (see FIG. 8). Attached above ω represents the time derivative. M is the sum of the moments of force and is obtained from the repulsive forces F n, sw , F t, sw in the shear direction and the normal direction. I is the moment of inertia, which is preset.

尚、以上の解析用粒子の挙動を解析する手法(解析用粒子挙動解析部108が実行する解析手法)は、特許文献1に記載されている手法であるが、DEMにおける粒子の挙動についての種々の公知の解析手法を適用することができ、前述した(2)式〜(5)式を用いた手法に限定されるものではない。
また、以上の実施形態では、球状の解析用粒子の挙動をDEMにより解析する例を説明したが、解析用粒子の形状はこれに限定されない。すなわち、解析用粒子は非球形粒子であってもよく、例えば、特許文献2(特開2011−69656号公報)に記載されているように、各頂点に球状の接触領域を有する多面体を解析用粒子として、非球形粒子を再現しても良い。
図9は、DEMにより解析された粒子の挙動の一例を示す図である。図9では、或る時刻における粒子の状態を示す。
The method for analyzing the behavior of the particles for analysis (the analysis method executed by the particle behavior analysis unit 108 for analysis) is the method described in Patent Document 1, but there are various aspects of the behavior of the particles in DEM. The known analysis method described above can be applied, and the method is not limited to the methods using the above-mentioned equations (2) to (5).
Further, in the above embodiments, an example of analyzing the behavior of spherical analysis particles by DEM has been described, but the shape of the analysis particles is not limited to this. That is, the analysis particles may be non-spherical particles, and for example, as described in Patent Document 2 (Japanese Unexamined Patent Publication No. 2011-69656), a polyhedron having a spherical contact region at each apex is used for analysis. As the particles, non-spherical particles may be reproduced.
FIG. 9 is a diagram showing an example of the behavior of particles analyzed by DEM. FIG. 9 shows the state of particles at a certain time.

(解析用粒子挙動表示部109)
解析用粒子挙動表示部109は、解析用粒子挙動解析部108により解析された各解析用粒子の挙動をコンピュータディスプレイに表示する。
(Particle behavior display unit 109 for analysis)
The analysis particle behavior display unit 109 displays the behavior of each analysis particle analyzed by the analysis particle behavior analysis unit 108 on the computer display.

次に、図10のフローチャートを参照しながら、壁用粒子を設定する際の粒子挙動解析装置100の処理の一例を説明する。
まず、ステップS1001において、点群データ取得部101は、点群データを取得する。
次に、ステップS1002において、点データ除去部102は、ステップS1001で取得された点群データの中に、除去する点があるか否かを判定する。この判定の結果、ステップS1001で取得された点群データの中に、除去する点がある場合、処理はステップS1003に進み、そうでない場合、処理はステップS1003を省略して後述するステップS1004に進む。
Next, an example of the processing of the particle behavior analysis device 100 when setting the wall particles will be described with reference to the flowchart of FIG.
First, in step S1001, the point cloud data acquisition unit 101 acquires the point cloud data.
Next, in step S1002, the point data removing unit 102 determines whether or not there is a point to be removed in the point cloud data acquired in step S1001. As a result of this determination, if there is a point to be removed in the point cloud data acquired in step S1001, the process proceeds to step S1003, and if not, the process proceeds to step S1004, which will be described later, omitting step S1003. ..

処理がステップS1003に進むと、点データ除去部102は、除去する点を特定し、特定した点のデータを点群データから除去する。ステップS1003で除去されなかった点群データが解析対象候補点群データである。
そして、処理がステップS1004に進むと、点データ補完部103は、解析対象候補点群データが存在する領域に、点を補完する領域があるか否かを判定する。この判定の結果、解析対象候補点群データが存在する領域に、点を補完する領域がある場合、処理はステップS1005に進み、そうでない場合、処理はステップS1005を省略して後述するステップS1006に進む。
When the process proceeds to step S1003, the point data removing unit 102 identifies the point to be removed and removes the data of the specified point from the point cloud data. The point cloud data not removed in step S1003 is the analysis target candidate point cloud data.
Then, when the process proceeds to step S1004, the point data complementing unit 103 determines whether or not there is a point complementing region in the region where the analysis target candidate point cloud data exists. As a result of this determination, if there is an area that complements the points in the area where the analysis target candidate point cloud data exists, the process proceeds to step S1005, and if not, the process skips step S1005 and proceeds to step S1006 described later. move on.

処理がステップS1005に進むと、点データ補完部103は、点を補完する領域があると判定すると、その領域に対し、点のデータを追加し、その点のデータを解析対象点に追加する。
そして、処理がステップS1006に進むと、点群データ抽出部104は、解析対象点の空間周波数の分布がブルーノイズ特性を有するように、解析対象候補点群データから、壁用粒子を配置する点(解析対象点)を抽出する。
When the process proceeds to step S1005, when the point data complementing unit 103 determines that there is an area for complementing the points, the point data is added to the area, and the point data is added to the analysis target point.
Then, when the process proceeds to step S1006, the point cloud data extraction unit 104 arranges the wall particles from the analysis target candidate point cloud data so that the distribution of the spatial frequency of the analysis target points has a blue noise characteristic. (Analysis target point) is extracted.

次に、ステップS1007において、構造物(本実施形態では旋回シュート)の表面からの凹み量の最大値(表面粗さの最大値ζi,j)を、表面粗さ情報として取得する。
次に、ステップS1008において、壁用粒子設定部106は、ステップS1006で抽出された解析対象点のそれぞれに対し、ステップS1007で取得された表面粗さ情報に基づいて、壁用粒子を1つずつ設定する。
次に、ステップS1009において、ステップS1008で設定された壁用粒子のそれぞれについて、構造物(本実施形態では旋回シュート)の属性情報を取得する。
ステップS1009の処理の後、図10のフローチャートによる処理が終了する。
Next, in step S1007, the maximum value (maximum surface roughness value ζ i, j ) of the amount of dent from the surface of the structure (swivel chute in this embodiment) is acquired as surface roughness information.
Next, in step S1008, the wall particle setting unit 106 sets wall particles one by one for each of the analysis target points extracted in step S1006 based on the surface roughness information acquired in step S1007. Set.
Next, in step S1009, the attribute information of the structure (swivel chute in this embodiment) is acquired for each of the wall particles set in step S1008.
After the process of step S1009, the process according to the flowchart of FIG. 10 ends.

次に、図11のフローチャートを参照しながら、解析用粒子の挙動を解析する際の粒子挙動解析装置100の処理の一例を説明する。尚、ここでは、解析用粒子が既に配置されているものとして説明を行う。
まず、ステップS1101において、解析用粒子挙動解析部108は、解析時間tをΔtに設定する。このΔtは、(2)式および(3)式のΔtに対応するものである。
次に、ステップS1102において、解析用粒子挙動解析部108は、解析用粒子を1つ選択する。
次に、ステップS1103において、解析用粒子挙動解析部108は、ステップS1102で選択した解析用粒子が壁用粒子と接触しているか否かを判定する。この判定の結果、解析用粒子が壁用粒子と接触している場合、処理はステップS1104に進む。一方、解析用粒子が壁用粒子と接触していない場合、処理はステップS1104を省略して後述するステップS1105に進む。
Next, an example of processing of the particle behavior analysis device 100 when analyzing the behavior of the particles for analysis will be described with reference to the flowchart of FIG. Here, it is assumed that the particles for analysis are already arranged.
First, in step S1101, the analysis particle behavior analysis unit 108 sets the analysis time t to Δt. This Δt corresponds to Δt in Eqs. (2) and (3).
Next, in step S1102, the analysis particle behavior analysis unit 108 selects one analysis particle.
Next, in step S1103, the analysis particle behavior analysis unit 108 determines whether or not the analysis particles selected in step S1102 are in contact with the wall particles. As a result of this determination, if the analysis particles are in contact with the wall particles, the process proceeds to step S1104. On the other hand, when the analysis particles are not in contact with the wall particles, the process skips step S1104 and proceeds to step S1105 described later.

処理がステップS1104に進むと、解析用粒子挙動解析部108は、壁用粒子からステップS1102で選択した解析用粒子に作用する力(せん断方向および法線方向の反発力)を(2)式および(3)式により求め、その結果に基づいて、解析用粒子の速度vを(4)式により、解析用粒子の角速度ωを(5)式により、それぞれ求める。このとき、解析用粒子から壁用粒子には力が作用しないものとする。
そして、処理がステップS1105に進むと、解析用粒子挙動解析部108は、ステップS1102で選択した解析用粒子が他の解析用粒子と接触しているか否かを判定する。この判定の結果、解析用粒子が他の解析用粒子と接触している場合、処理はステップS1106に進む。一方、解析用粒子が他の解析用粒子と接触していない場合、処理はステップS1106を省略して後述するステップS1107に進む。
When the process proceeds to step S1104, the analysis particle behavior analysis unit 108 applies the force (repulsive force in the shear direction and the normal direction) acting on the analysis particle selected in step S1102 from the wall particle to the equation (2) and The velocity v of the particles for analysis is calculated by the equation (4), and the angular velocity ω of the particles for analysis is determined by the equation (5) based on the result. At this time, it is assumed that no force acts from the analysis particles to the wall particles.
Then, when the process proceeds to step S1105, the analysis particle behavior analysis unit 108 determines whether or not the analysis particles selected in step S1102 are in contact with other analysis particles. As a result of this determination, if the analysis particles are in contact with other analysis particles, the process proceeds to step S1106. On the other hand, when the analysis particles are not in contact with other analysis particles, the process skips step S1106 and proceeds to step S1107 described later.

処理がステップS1106に進むと、解析用粒子挙動解析部108は、他の解析用粒子からステップS1102で選択した解析用粒子に作用する力(せん断方向および法線方向の反発力)を(2)式および(3)式により求め、その結果に基づいて、解析用粒子の速度vを(4)式により、解析用粒子の角速度ωを(5)式により、それぞれ求める。
そして、処理がステップS1107に進むと、解析用粒子挙動解析部108は、全ての解析用粒子を選択したか否かを判定する。この判定の結果、全ての解析用粒子を選択していない場合には、ステップS1102に戻り、解析用粒子挙動解析部108は、未選択の解析用粒子を1つ選択する。
When the process proceeds to step S1106, the analysis particle behavior analysis unit 108 applies a force (repulsive force in the shear direction and the normal direction) acting on the analysis particle selected in step S1102 from the other analysis particles (2). The velocity v of the analysis particle is determined by the equation (4), and the angular velocity ω of the analysis particle is determined by the equation (5) based on the results.
Then, when the process proceeds to step S1107, the analysis particle behavior analysis unit 108 determines whether or not all the analysis particles have been selected. As a result of this determination, if all the analysis particles have not been selected, the process returns to step S1102, and the analysis particle behavior analysis unit 108 selects one unselected analysis particle.

一方、全ての解析用粒子を選択すると、ステップS1108に進む、ステップS1108に進むと、解析用粒子挙動解析部108は、ステップS1104、S1106の計算の結果に基づいて、解析用粒子を移動させる。
次に、ステップS1109において、解析用粒子挙動解析部108は、解析時間tが解析終了時間Tになったか否かを判定する。尚、解析終了時間Tは、例えば、オペレータによる粒子挙動解析装置100に対する入力操作に基づいて、予め設定されている。
この判定の結果、解析時間tが解析終了時間Tになっていない場合には、ステップS1110に進み、解析用粒子挙動解析部108は、解析時間tをΔtだけ進めて解析時間tを更新する。そして、ステップS1102に戻り、更新後の解析時間tにおける各解析用粒子の挙動を求める。
一方、解析時間tが解析終了時間Tになった場合には、ステップS1111に進み、解析用粒子挙動表示部109は、解析開始時間(解析時間t=0)から解析終了時間Tまでの各解析用粒子の挙動をディスプレイに表示する。ステップS1111の処理の後、図11のフローチャートによる処理が終了する。
On the other hand, when all the analysis particles are selected, the process proceeds to step S1108. When the process proceeds to step S1108, the analysis particle behavior analysis unit 108 moves the analysis particles based on the calculation results of steps S1104 and S1106.
Next, in step S1109, the analysis particle behavior analysis unit 108 determines whether or not the analysis time t has reached the analysis end time T. The analysis end time T is set in advance based on, for example, an input operation by the operator to the particle behavior analysis device 100.
As a result of this determination, if the analysis time t is not the analysis end time T, the process proceeds to step S1110, and the analysis particle behavior analysis unit 108 advances the analysis time t by Δt to update the analysis time t. Then, the process returns to step S1102, and the behavior of each analysis particle at the updated analysis time t is obtained.
On the other hand, when the analysis time t becomes the analysis end time T, the process proceeds to step S1111, and the analysis particle behavior display unit 109 performs each analysis from the analysis start time (analysis time t = 0) to the analysis end time T. The behavior of the particles is displayed on the display. After the process of step S1111, the process according to the flowchart of FIG. 11 ends.

ここで、解析対象点の空間周波数の分布がブルーノイズ特性を有するようにするのが好ましい理由について説明する。
図12は、解析対象点の配置の他の例を示す図である。図12に示すように、解析対象候補点群データから、三次元直交座標系におけるx軸、y軸、およびz軸に沿うように等間隔に解析対象点を抽出し、当該解析対象点を中心とする球形状の粒子を壁用粒子として配置すると、壁用粒子が規則的に配置される。この場合、壁用粒子の配向に沿う方向(三次元直交座標系におけるx軸、y軸、またはz軸に沿う方向(例えば、矢印線1201の方向))と、壁用粒子の配向に沿わない方向(例えば、矢印線1202の方向)とで、解析用粒子(原料)の流れに変化が生じる可能性がある。
Here, the reason why it is preferable that the distribution of the spatial frequency of the analysis target point has the blue noise characteristic will be described.
FIG. 12 is a diagram showing another example of arrangement of analysis target points. As shown in FIG. 12, the analysis target points are extracted from the analysis target candidate point cloud data at equal intervals along the x-axis, y-axis, and z-axis in the three-dimensional Cartesian coordinate system, and the analysis target points are centered. When the spherical particles to be arranged are arranged as wall particles, the wall particles are regularly arranged. In this case, the direction along the orientation of the wall particles (the direction along the x-axis, y-axis, or z-axis in the three-dimensional Cartesian coordinate system (for example, the direction of the arrow line 1201)) and the orientation of the wall particles are not followed. There is a possibility that the flow of the analysis particles (raw material) may change depending on the direction (for example, the direction of the arrow line 1202).

壁用粒子の粒子径(直径)よりも解析用粒子の粒子径が小さい場合には、解析用粒子の流れは、壁用粒子の配向の影響を大きく受ける。相互に隣接する壁用粒子の間に生じる領域に解析用粒子が入り易くなるからである。そこで、壁用粒子の粒子径を解析用粒子の粒子径よりも小さくすれば、解析用粒子の流れが、壁用粒子の配向の影響を受けづらくなる。しかしながら、壁用粒子の粒子径を小さくすると、壁用粒子の数が増大する。また、壁用粒子の粒子径と解析用粒子の粒子径との差が大きくなると、解析用粒子の挙動をDEMにより解析する際の時間隔Δtを短くする必要があるため、計算時間が増大する。そのため、壁用粒子の粒子径は、原料の粒度分布(原料の形状を球で近似した場合の直径の分布)の範囲内にするのが好ましい。原料の形状を球で近似した場合の最小粒子径の80[%]程度の粒子径が、現実的な計算時間で計算が可能な壁用粒子の最小粒子径である。例えば、15[mm]〜55[mm]の粒子径(直径)の原料の挙動を解析する場合、壁用粒子の粒子径(直径)は、例えば、12[mm]以上である必要がある。このような粒子径の壁用粒子を、三次元直交座標系におけるx軸、y軸、またはz軸に沿う方向に等間隔で配置すると、粒子径が15[mm]の解析用粒子は壁用粒子の配向の影響を大きく受ける。このため、解析用粒子の挙動を正確に解析することができなくなる虞がある。 When the particle size of the analysis particles is smaller than the particle size (diameter) of the wall particles, the flow of the analysis particles is greatly affected by the orientation of the wall particles. This is because the analysis particles can easily enter the region generated between the wall particles adjacent to each other. Therefore, if the particle size of the wall particles is made smaller than the particle size of the analysis particles, the flow of the analysis particles is less likely to be affected by the orientation of the wall particles. However, if the particle size of the wall particles is reduced, the number of wall particles increases. Further, when the difference between the particle size of the wall particles and the particle size of the analysis particles becomes large, it is necessary to shorten the time interval Δt when analyzing the behavior of the analysis particles by DEM, so that the calculation time increases. .. Therefore, the particle size of the wall particles is preferably within the range of the particle size distribution of the raw material (the diameter distribution when the shape of the raw material is approximated by a sphere). The particle size of about 80 [%] of the minimum particle size when the shape of the raw material is approximated by a sphere is the minimum particle size of the wall particles that can be calculated in a realistic calculation time. For example, when analyzing the behavior of a raw material having a particle size (diameter) of 15 [mm] to 55 [mm], the particle size (diameter) of the wall particles needs to be, for example, 12 [mm] or more. When wall particles having such a particle size are arranged at equal intervals along the x-axis, y-axis, or z-axis in a three-dimensional Cartesian coordinate system, the analysis particles having a particle size of 15 [mm] are for walls. It is greatly affected by the orientation of the particles. Therefore, there is a risk that the behavior of the analysis particles cannot be analyzed accurately.

以上のように、壁用粒子が規則的に整列していると、壁用粒子の配向に沿う方向と、壁用粒子の配向に沿わない方向とで解析用粒子の流れに変化が生じる虞がある。また、壁用粒子の間隔が不均一であると、構造物(本実施形態では旋回シュート)の表面の凹凸が場所によって異なることになり、壁用粒子と解析用粒子との摩擦が変化する虞がある。
これらのことを抑制するために、本実施形態では、相互に隣接する解析対象点の距離のばらつきが小さく、且つ、解析対象点が等方的に(即ち、特定の方向に偏らずに)配置されるように、解析対象点の空間周波数の分布が、周期的且つ等方的に点を配置することができるブルーノイズ特性を有するようにする。
As described above, if the wall particles are regularly aligned, the flow of the analysis particles may change between the direction along the orientation of the wall particles and the direction not along the orientation of the wall particles. be. Further, if the spacing between the wall particles is not uniform, the unevenness of the surface of the structure (in this embodiment, the swirling chute) will differ depending on the location, and the friction between the wall particles and the analysis particles may change. There is.
In order to suppress these things, in the present embodiment, the variation in the distances between the analysis target points adjacent to each other is small, and the analysis target points are arranged isotropically (that is, not biased in a specific direction). As described above, the spatial frequency distribution of the analysis target points is made to have a blue noise characteristic in which the points can be arranged periodically and isotropically.

次に、本実施形態の手法と特許文献1に記載の手法とを比較する。
三次元レーザスキャナを用いて、旋回シュートの表面の点群データを計測した。その結果、278554個の点のデータが得られた。同一のコンピュータ(CPUおよびメモリ等のハードウェアが同じコンピュータ)を用いて、本実施形態で説明した手法と特許文献1に記載の手法のそれぞれで、壁用粒子を生成した。ここでは、比較のため、何れの手法でも100000個の壁用粒子を生成した。また、何れの手法でも、旋回シュートの全体の領域に対して壁用粒子を配置した。また、本実施形態の手法では、データの補完を行っていない。
Next, the method of this embodiment is compared with the method described in Patent Document 1.
Point cloud data on the surface of the swirl chute was measured using a three-dimensional laser scanner. As a result, data of 278,554 points was obtained. Using the same computer (computer with the same hardware such as CPU and memory), wall particles were generated by each of the method described in this embodiment and the method described in Patent Document 1. Here, for comparison, 100,000 wall particles were generated by either method. Also, in each method, wall particles were placed over the entire area of the swirl chute. In addition, the method of this embodiment does not complement the data.

その結果、特許文献1に記載の手法では、点群データから旋回シュートの表面の情報(メッシュ)を作成するために10.62[秒]要し、壁用粒子を配置するのに2.71[秒]要した。即ち、特許文献1に記載の手法では、点群データが得られてから壁用粒子を設定するまでの所要時間は13.31[秒]であった。
これに対し、本実施形態の手法では、点群データを間引いて解析対象点群データを生成するのに要した時間は0.47[秒]であった。以上のように、この例では、本実施形態の手法を用いれば、特許文献1に記載の手法に比べ、壁用粒子を設定するのに要する時間を28分の1程度にすることができる。点群データの数が多くなれば、この差は更に大きくなると考えられる。
As a result, in the method described in Patent Document 1, it takes 10.62 [seconds] to create the surface information (mesh) of the swirling chute from the point cloud data, and 2.71 to arrange the wall particles. [Second] It took. That is, in the method described in Patent Document 1, the time required from the acquisition of the point cloud data to the setting of the wall particles was 13.31 [seconds].
On the other hand, in the method of the present embodiment, the time required to generate the analysis target point cloud data by thinning out the point cloud data was 0.47 [seconds]. As described above, in this example, by using the method of this embodiment, the time required to set the wall particles can be reduced to about 1/28 as compared with the method described in Patent Document 1. This difference is expected to increase as the number of point cloud data increases.

以上のように本実施形態では、粒子挙動解析装置100は、空間周波数の分布がブルーノイズ特性を有するように、三次元計測による点群データから、解析対象点を抽出し、抽出した解析対象点に対して壁用粒子を設定する。従って、壁用粒子を配置するために、構造物(本実施形態では旋回シュート)の表面の形状を用いる必要がなくなる。よって、壁用粒子を、計算負荷を増大することなく配置することができる。また、本実施形態では、解析対象点の空間周波数の分布がブルーノイズ特性を有するようにするので、例えば、流れる方向が定まっていない粒子の挙動を解析する場合でも、構造物(本実施形態では旋回シュート)の表面を精度よく壁用粒子で表現することができ、粒子の挙動を解析するための計算を、計算負荷を増大させることなく高精度に行うことができる。 As described above, in the present embodiment, the particle behavior analysis device 100 extracts the analysis target points from the point cloud data obtained by the three-dimensional measurement so that the spatial frequency distribution has the blue noise characteristic, and the extracted analysis target points. Set the wall particles for. Therefore, it is not necessary to use the surface shape of the structure (swivel chute in this embodiment) in order to arrange the wall particles. Therefore, the wall particles can be arranged without increasing the calculation load. Further, in the present embodiment, since the distribution of the spatial frequency of the analysis target point has a blue noise characteristic, for example, even when analyzing the behavior of particles whose flow direction is not fixed, the structure (in the present embodiment). The surface of the swirl chute) can be accurately represented by wall particles, and calculations for analyzing the behavior of the particles can be performed with high accuracy without increasing the calculation load.

また、本実施形態では、粒子挙動解析装置100は、三次元計測による点群データから、粒子の流れに寄与しない領域内の点を除去する。従って、不要な壁用粒子を生成することを抑制することができる。よって、壁用粒子を配置する際の計算負荷をより一層軽減することができる。
また、本実施形態では、粒子挙動解析装置100は、粒子の流れに寄与する領域のうち、点の密度が低い領域に対し、点を追加する。従って、例えば、三次元計測により点が得られづらい領域がある場合でも、粒子の流れに寄与する領域の全体にわたり、構造物(本実施形態では旋回シュート)の表面を精度よく壁用粒子で表現することができる。
Further, in the present embodiment, the particle behavior analysis device 100 removes points in the region that do not contribute to the flow of particles from the point cloud data obtained by the three-dimensional measurement. Therefore, it is possible to suppress the generation of unnecessary wall particles. Therefore, the calculation load when arranging the wall particles can be further reduced.
Further, in the present embodiment, the particle behavior analysis device 100 adds points to a region having a low density of points among the regions contributing to the flow of particles. Therefore, for example, even if there is a region where it is difficult to obtain points by three-dimensional measurement, the surface of the structure (swivel chute in this embodiment) is accurately represented by wall particles over the entire region that contributes to the flow of particles. can do.

(変形例)
本実施形態では、点データ補完部103は、解析対象候補点群データが存在する領域に、点を補完する領域があると判定すると、その領域に対し、点のデータを追加する場合を例に挙げて説明した。しかしながら、必ずしもこのようにする必要はない。例えば、粒子挙動解析装置100が、点データ補完部103に代えて壁表面情報導出部を有するようにし、壁表面情報導出部が、点を補完する領域に含まれる点のデータに基づいてメッシュを作成し、作成したメッシュの情報を、特許文献1に記載の壁表面情報(構造物の表面の形状の概略を示す情報)として設定してもよい。このようにする場合、壁用粒子設定部106は、構造物(本実施形態では旋回シュート)の表面のうち、壁表面情報(メッシュ)が生成されている領域については、特許文献1に記載のようにして壁用粒子を設定する。
(Modification example)
In the present embodiment, when the point data complementing unit 103 determines that there is a region to complement the points in the region where the analysis target candidate point cloud data exists, the point data is added to the region as an example. I mentioned and explained. However, it is not always necessary to do this. For example, the particle behavior analysis device 100 has a wall surface information derivation unit instead of the point data complement unit 103, and the wall surface information derivation unit creates a mesh based on the point data included in the region that complements the points. The information of the created mesh may be set as the wall surface information (information indicating the outline of the shape of the surface of the structure) described in Patent Document 1. In this case, the wall particle setting unit 106 describes the region of the surface of the structure (swivel chute in the present embodiment) in which the wall surface information (mesh) is generated, as described in Patent Document 1. The wall particles are set in this way.

その具体例を説明すると、壁表面情報(メッシュ)が生成されている領域に設定する壁用粒子については、特許文献1に記載されているように、壁用粒子の半径rwの情報を所与とする。そして、壁用粒子設定部106は、構造物の内側に配置され、且つ、構造物の表面(メッシュ)と接するように、構造物の表面の直線と近似できる領域の両端に、半径rwを有する壁用粒子を基準となる壁用粒子(基準壁用粒子)として設定する。また、壁用粒子設定部106は、壁表面情報(メッシュ)が生成されている領域に対応する表面粗さの最大値ζi,jと、壁用粒子の半径rwとを用いて、相互に隣接する壁用粒子の中心の間の距離Pを算出する。そして、壁用粒子設定部106は、相互に隣接する壁用粒子間の中心間の距離が距離Pだけ離れ、且つ、構造物の内側に配置され、且つ、構造物の表面(メッシュ)と接するように、基準壁用粒子の間に、半径rwを有する壁用粒子を設定する。 Explaining a specific example, for the wall particles set in the region where the wall surface information (mesh) is generated, information on the radius r w of the wall particles is obtained as described in Patent Document 1. Give. Then, the wall particle setting unit 106 is arranged inside the structure and has a radius r w at both ends of a region that can be approximated to a straight line on the surface of the structure so as to be in contact with the surface (mesh) of the structure. The wall particles to be held are set as reference wall particles (reference wall particles). Further, the wall particle setting unit 106 mutually uses the maximum value ζ i, j of the surface roughness corresponding to the region where the wall surface information (mesh) is generated and the radius r w of the wall particles. The distance P between the centers of the wall particles adjacent to is calculated. Then, the wall particle setting unit 106 is arranged inside the structure with a distance P between the centers between the adjacent wall particles, and is in contact with the surface (mesh) of the structure. As described above, the wall particles having a radius r w are set between the reference wall particles.

また、本実施形態では、解析対象点を中心とする球形状の粒子を壁用粒子として設定する場合を例に挙げて説明した。しかしながら、解析対象点に対して壁用粒子を設定するようにしていれば、必ずしもこのようにする必要はない。例えば、壁用粒子設定部106は、壁用粒子の表面の位置のうち、解析対象点上の位置が、最も構造物の表面側の位置になるように、壁用粒子の表面の何れかの位置を解析対象点の位置に合わせることにより、壁用粒子を設定してもよい。 Further, in the present embodiment, a case where spherical particles centered on the analysis target point are set as wall particles has been described as an example. However, this is not always necessary if the wall particles are set for the analysis target point. For example, the wall particle setting unit 106 is one of the surfaces of the wall particles so that the position on the analysis target point among the positions of the surface of the wall particles is the position closest to the surface side of the structure. The wall particles may be set by adjusting the position to the position of the analysis target point.

また、本実施形態では、解析対象点の空間周波数の分布がブルーノイズ特性を有するようにした。前述したようにこのようにすれば、例えば、流れる方向が定まっていない粒子の挙動を解析する場合でも、構造物(本実施形態では旋回シュート)の表面を精度よく壁用粒子で表現することができるので好ましい。しかしながら、相互に隣接する解析対象点の距離のばらつき(分散)が、解析対象点を抽出する前の点のばらつきよりも小さくなるようにしていれば、必ずしもこのようにする必要はない。例えば、流れの方向が特定の一方向に限定される粒子の挙動を解析する場合、点群データ抽出部104は、図12に示したように、解析対象候補点群データから、三次元直交座標系におけるx軸、y軸、およびz軸に沿うように等間隔に解析対象点を抽出してもよい。このようにする場合、点データ補完部103により追加される複数の点の配置は、複数の解析対象点の配置を決定する指針と同じ指針で決定されるのが好ましい。ここで説明した例では、点群データ補完部103は、三次元直交座標系におけるx軸、y軸、およびz軸に沿うように等間隔にメッシュ内に点を追加する。尚、このようにせずに、点群データ抽出部104は、例えば、ランダムに点を追加してもよいことは前述した通りである。 Further, in the present embodiment, the spatial frequency distribution of the analysis target points has a blue noise characteristic. By doing so as described above, for example, even when analyzing the behavior of particles whose flow direction is not fixed, the surface of the structure (swivel chute in the present embodiment) can be accurately represented by wall particles. It is preferable because it can be done. However, this is not always necessary as long as the variation (variance) in the distances of the analysis target points adjacent to each other is smaller than the variation (dispersion) of the points before the analysis target points are extracted. For example, when analyzing the behavior of a particle whose flow direction is limited to a specific one direction, the point cloud data extraction unit 104 uses three-dimensional Cartesian coordinates from the analysis target candidate point cloud data as shown in FIG. The analysis target points may be extracted at equal intervals along the x-axis, y-axis, and z-axis in the system. In this case, the arrangement of the plurality of points added by the point data complementing unit 103 is preferably determined by the same guideline as the guideline for determining the arrangement of the plurality of analysis target points. In the example described here, the point cloud data complement unit 103 adds points in the mesh at equal intervals along the x-axis, y-axis, and z-axis in the three-dimensional Cartesian coordinate system. As described above, the point cloud data extraction unit 104 may add points at random without doing this, for example.

また、本実施形態では、壁用粒子を設定するための部分(点群データ取得部101、点データ除去部102、点データ補完部103、点群データ抽出部104、壁用粒子設定部106)を粒子挙動解析装置100に含める場合を例に挙げて説明した。しかしながら、壁用粒子を設定するための部分(点群データ取得部101、点データ除去部102、点データ補完部103、点群データ抽出部104、壁用粒子設定部106)を粒子挙動解析装置100とは別の装置に配置してもよい。この場合、当該装置は、壁用粒子を用いて構造物のモデルを生成する(構造物をモデル化する)構造物モデル生成装置として機能する。 Further, in the present embodiment, a part for setting wall particles (point cloud data acquisition unit 101, point data removal unit 102, point data complement unit 103, point cloud data extraction unit 104, wall particle setting unit 106). Was included in the particle behavior analysis device 100 as an example. However, the part for setting the wall particles (point cloud data acquisition unit 101, point data removal unit 102, point data complement unit 103, point cloud data extraction unit 104, wall particle setting unit 106) is a particle behavior analysis device. It may be arranged in a device different from 100. In this case, the device functions as a structure model generation device that generates a model of the structure (models the structure) using the wall particles.

尚、以上説明した本発明の実施形態は、コンピュータがプログラムを実行することによって実現することができる。また、前記プログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体および前記プログラム等のコンピュータプログラムプロダクトも本発明の実施形態として適用することができる。記録媒体としては、例えば、フレキシブルディスク、ハードディスク、光ディスク、光磁気ディスク、CD−ROM、磁気テープ、不揮発性のメモリカード、ROM等を用いることができる。
また、以上説明した本発明の実施形態は、何れも本発明を実施するにあたっての具体化の例を示したものに過ぎず、これらによって本発明の技術的範囲が限定的に解釈されてはならないものである。すなわち、本発明はその技術思想、またはその主要な特徴から逸脱することなく、様々な形で実施することができる。
The embodiment of the present invention described above can be realized by executing a program by a computer. Further, a computer-readable recording medium on which the program is recorded and a computer program product such as the program can also be applied as an embodiment of the present invention. As the recording medium, for example, a flexible disk, a hard disk, an optical disk, a magneto-optical disk, a CD-ROM, a magnetic tape, a non-volatile memory card, a ROM, or the like can be used.
In addition, the embodiments of the present invention described above are merely examples of embodiment of the present invention, and the technical scope of the present invention should not be construed in a limited manner by these. It is a thing. That is, the present invention can be implemented in various forms without departing from the technical idea or its main features.

100:粒子挙動解析装置、101:点群データ取得部、102:点データ除去部、103:点データ補完部、104:点群データ抽出部、105:表面粗さ情報取得部、106:壁用粒子設定部、107:属性情報設定部、108:解析用粒子挙動解析部、109:解析用粒子挙動表示部、601〜602:解析対象点、603〜604:壁用粒子 100: Particle behavior analysis device, 101: Point group data acquisition unit, 102: Point data removal unit, 103: Point data complement unit, 104: Point group data extraction unit, 105: Surface roughness information acquisition unit, 106: For walls Particle setting unit, 107: Attribute information setting unit, 108: Analysis particle behavior analysis unit, 109: Analysis particle behavior display unit, 601-602: Analysis target point, 603 to 604: Wall particles

Claims (14)

構造物が存在している領域にある複数の解析用粒子の挙動を離散要素法により解析する際の当該構造物のモデルを、複数の壁用粒子を用いて生成する構造物モデル生成装置であって、
三次元計測装置により計測されたデータであって、前記構造物の表面上の位置を示す複数の点の当該位置を含むデータを点群データとして取得する点群データ取得手段と、
前記点群データに含まれる複数の点のうちの一部の点を解析対象点とし、複数の当該解析対象点の位置を含むデータを解析対象点群データとして抽出する点群データ抽出手段と、
前記解析対象点群データを用いて、当該解析対象点群データに含まれる前記複数の解析対象点のそれぞれに対して、前記壁用粒子を設定する壁用粒子設定手段と、を有し、
前記点群データ抽出手段は、前記点群データに含まれる前記複数の点における相互に隣接する点の距離のばらつきよりも、前記複数の解析対象点における相互に隣接する点の距離のばらつきが小さくなるように、当該複数の解析対象点の位置を含むデータを解析対象点群データとして抽出することを特徴とする構造物モデル生成装置。
It is a structure model generator that uses a plurality of wall particles to generate a model of the structure when analyzing the behavior of a plurality of analysis particles in the region where the structure exists by the discrete element method. hand,
A point cloud data acquisition means for acquiring data including the positions of a plurality of points indicating positions on the surface of the structure as point cloud data, which is data measured by a three-dimensional measuring device.
A point cloud data extraction means for extracting a part of a plurality of points included in the point cloud data as analysis target points and extracting data including the positions of the plurality of analysis target points as analysis target point cloud data.
Using the analysis target point cloud data, the wall particle setting means for setting the wall particles for each of the plurality of analysis target points included in the analysis target point cloud data is provided.
The point cloud data extraction means has a smaller variation in the distances between adjacent points at the plurality of analysis target points than a variation in the distances between the plurality of points included in the point cloud data. A structure model generator, characterized in that data including the positions of the plurality of analysis target points is extracted as analysis target point cloud data.
前記点群データ抽出手段は、前記複数の解析対象点の空間周波数の分布が、ブルーノイズ特性を有するように、当該複数の解析対象点の位置を含むデータを解析対象点群データとして抽出することを特徴とする請求項1に記載の構造物モデル生成装置。 The point cloud data extraction means extracts data including the positions of the plurality of analysis target points as analysis target point cloud data so that the spatial frequency distribution of the plurality of analysis target points has blue noise characteristics. The structure model generation device according to claim 1. 前記点群データ取得手段により取得された点群データから、前記構造物の形状と前記解析用粒子の経路とに応じて特定される領域に含まれる点の位置を示すデータを除去する点データ除去手段を更に有し、
前記点群データ抽出手段は、前記点群データ取得手段により取得された点群データのうち、前記点データ除去手段により除去されなかった点群データに含まれる複数の点のうちの一部の点を前記解析対象点とし、複数の当該解析対象点の位置を含むデータを前記解析対象点群データとして抽出することを特徴とする請求項1または2に記載の構造物モデル生成装置。
Point data removal that removes data indicating the position of a point included in a region specified according to the shape of the structure and the path of the analysis particle from the point cloud data acquired by the point cloud data acquisition means. Have more means,
The point cloud data extracting means is a part of a plurality of points included in the point cloud data not removed by the point data removing means among the point cloud data acquired by the point cloud data acquiring means. The structure model generation apparatus according to claim 1 or 2, wherein the data including the positions of a plurality of the analysis target points is extracted as the analysis target point cloud data.
前記点群データ取得手段により取得された点群データにおける点の密度に応じて特定される領域内に複数の点を追加し、追加した複数の点の位置を含むデータを前記点群データに含める点データ補完手段を更に有することを特徴とする請求項1〜3の何れか1項に記載の構造物モデル生成装置。 A plurality of points are added in a region specified according to the density of points in the point cloud data acquired by the point cloud data acquisition means, and data including the positions of the added plurality of points is included in the point cloud data. The structure model generation device according to any one of claims 1 to 3, further comprising a point data complementing means. 前記点データ補完手段は、前記追加する複数の点の配置を、前記複数の解析対象点の配置を決定する指針と同じ指針で決定することを特徴とする請求項4に記載の構造物モデル生成装置。 The structure model generation according to claim 4, wherein the point data complementing means determines the arrangement of the plurality of points to be added by the same guideline as the guideline for determining the arrangement of the plurality of analysis target points. Device. 前記点群データ取得手段により取得された点群データにおける点であって、前記点群データ取得手段により取得された点群データにおける点の密度に応じて特定される領域に含まれる点の位置の情報に基づいて、当該領域の面の形状の概略を示す壁表面情報を導出する壁表面情報導出手段を更に有し、
前記壁用粒子設定手段は、前記点群データ取得手段により取得された点群データにおける点の密度に応じて特定される領域に対しては、前記解析対象点群データを用いずに、前記壁表面情報で示される前記構造物の表面よりも内側に配置され、且つ、当該構造物の表面と接するように前記壁用粒子を設定することを特徴とする請求項1〜3の何れか1項に記載の構造物モデル生成装置。
The position of a point in the point cloud data acquired by the point cloud data acquisition means and included in a region specified according to the density of the points in the point cloud data acquired by the point cloud data acquisition means. Further having a wall surface information deriving means for deriving wall surface information indicating an outline of the shape of the surface of the region based on the information.
The wall particle setting means does not use the point cloud data to be analyzed for a region specified according to the density of points in the point cloud data acquired by the point cloud data acquisition means, and the wall is not used. Any one of claims 1 to 3, wherein the wall particles are arranged inside the surface of the structure indicated by the surface information and are in contact with the surface of the structure. The structure model generator described in 1.
前記構造物の表面からの凹み量の最大値を示す表面粗さ情報を取得する表面粗さ情報取得手段を更に有し、
前記壁用粒子設定手段は、相互に隣接して配置される前記壁用粒子の間にできる隙間の凹み量の最大値が、前記表面粗さ情報に示される構造物の表面からの凹み量の最大値に応じた値になるように、前記壁用粒子を設定することを特徴とする請求項1〜6の何れか1項に記載の構造物モデル生成装置。
Further, it has a surface roughness information acquisition means for acquiring surface roughness information indicating the maximum value of the amount of dent from the surface of the structure.
In the wall particle setting means, the maximum value of the dent amount of the gap formed between the wall particles arranged adjacent to each other is the dent amount from the surface of the structure shown in the surface roughness information. The structure model generation device according to any one of claims 1 to 6, wherein the wall particles are set so as to have a value corresponding to the maximum value.
前記壁用粒子設定手段は、相互に隣接して配置される前記解析対象点の距離と、前記表面粗さ情報とに基づいて、当該解析対象点に対して設定する前記壁用粒子の大きさを算出することを特徴とする請求項7に記載の構造物モデル生成装置。 The wall particle setting means sets the size of the wall particles with respect to the analysis target point based on the distance between the analysis target points arranged adjacent to each other and the surface roughness information. The structure model generation device according to claim 7, wherein the structure model is calculated. 前記壁用粒子設定手段は、相互に隣接して配置される2つの前記解析対象点の距離の代表値を導出し、当該代表値と、前記構造物の表面からの凹み量の代表値を示す表面粗さ情報とに基づいて、前記複数の解析対象点のそれぞれに対して設定する、同一の前記壁用粒子の大きさを算出することを特徴とする請求項1〜6の何れか1項に記載の構造物モデル生成装置。 The wall particle setting means derives a representative value of the distance between two analysis target points arranged adjacent to each other, and indicates the representative value and the representative value of the amount of dent from the surface of the structure. Any one of claims 1 to 6, wherein the size of the same wall particles set for each of the plurality of analysis target points is calculated based on the surface roughness information. The structure model generator described in 1. 構造物が存在している領域にある複数の解析用粒子の挙動を離散要素法により解析する解析用粒子挙動解析手段と、請求項1〜9の何れか1項に記載の構造物モデル生成装置と、を有する粒子挙動解析装置であって、
前記解析用粒子挙動解析手段は、前記解析用粒子が、前記構造物モデル生成装置が有する前記壁用粒子設定手段で設定された前記壁用粒子と接触したと判定すると、前記壁用粒子から前記解析用粒子が受ける力を当該解析用粒子に作用させて、当該解析用粒子を動かすようにすることを特徴とする粒子挙動解析装置。
A particle behavior analysis means for analysis that analyzes the behavior of a plurality of particles for analysis in a region where a structure exists by a discrete element method, and a structure model generation device according to any one of claims 1 to 9. It is a particle behavior analysis device having
When the analysis particle behavior analysis means determines that the analysis particles have come into contact with the wall particles set by the wall particle setting means included in the structure model generation device, the wall particles are described as described above. A particle behavior analysis device characterized in that a force received by an analysis particle is applied to the analysis particle to move the analysis particle.
構造物が存在している領域にある複数の解析用粒子の挙動を離散要素法により解析する際の当該構造物のモデルを、複数の壁用粒子を用いて生成する構造物モデル生成方法であって、
点群データ取得手段が、三次元計測装置により計測されたデータであって、前記構造物の表面上の位置を示す複数の点の当該位置を含むデータを点群データとして取得する点群データ取得工程と、
点群データ抽出手段が、前記点群データに含まれる複数の点のうちの一部の点を解析対象点とし、複数の当該解析対象点の位置を含むデータを解析対象点群データとして抽出する点群データ抽出工程と、
壁用粒子設定手段が、前記解析対象点群データを用いて、当該解析対象点群データに含まれる前記複数の解析対象点のそれぞれに対して、前記壁用粒子を設定する壁用粒子設定工程と、を有し、
前記点群データ抽出工程は、前記点群データに含まれる前記複数の点における相互に隣接する点の距離のばらつきよりも、前記複数の解析対象点における相互に隣接する点の距離のばらつきが小さくなるように、当該複数の解析対象点の位置を含む情報を解析対象点群データとして抽出することを特徴とする構造物モデル生成方法。
This is a structure model generation method that uses a plurality of wall particles to generate a model of the structure when analyzing the behavior of a plurality of analysis particles in the region where the structure exists by the discrete element method. hand,
Point cloud data acquisition means that the point cloud data acquisition means is data measured by a three-dimensional measuring device and acquires data including the positions of a plurality of points indicating the positions on the surface of the structure as point cloud data. Process and
The point cloud data extraction means sets some points among the plurality of points included in the point cloud data as analysis target points, and extracts data including the positions of the plurality of analysis target points as analysis target point cloud data. Point cloud data extraction process and
A wall particle setting step in which the wall particle setting means sets the wall particles for each of the plurality of analysis target points included in the analysis target point cloud data using the analysis target point cloud data. And have
In the point cloud data extraction step, the variation in the distances between the points to be analyzed at the plurality of analysis target points is smaller than the variation in the distances between the points adjacent to each other at the plurality of points included in the point cloud data. A method for generating a structure model, which comprises extracting information including the positions of a plurality of analysis target points as analysis target point cloud data.
解析用粒子挙動解析手段が、構造物が存在している領域にある複数の解析用粒子の挙動を離散要素法により解析する解析用粒子挙動解析工程と、請求項11に記載の構造物モデル生成方法の各工程と、を有する粒子挙動解析方法であって、
前記解析用粒子挙動解析工程は、前記解析用粒子が、前記構造物モデル生成方法における前記壁用粒子設定工程で設定された前記壁用粒子と接触したと判定すると、前記壁用粒子から前記解析用粒子が受ける力を当該解析用粒子に作用させて、当該解析用粒子を動かすようにすることを特徴とする粒子挙動解析方法。
The particle behavior analysis step for analysis in which the particle behavior analysis means for analysis analyzes the behavior of a plurality of particles for analysis in the region where the structure exists by the discrete element method, and the structure model generation according to claim 11. It is a particle behavior analysis method having each step of the method.
When the analysis particle behavior analysis step determines that the analysis particles are in contact with the wall particles set in the wall particle setting step in the structure model generation method, the analysis is performed from the wall particles. A particle behavior analysis method characterized in that a force received by a particle is applied to the analysis particle to move the analysis particle.
請求項1〜9の何れか1項に記載の構造物モデル生成装置の各手段としてコンピュータを機能させることを特徴とするプログラム。 A program characterized in that a computer functions as each means of the structure model generator according to any one of claims 1 to 9. 請求項10に記載の粒子挙動解析装置の各手段としてコンピュータを機能させることを特徴とするプログラム。 A program characterized in that a computer functions as each means of the particle behavior analysis apparatus according to claim 10.
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