粒子挙動解析装置、粒子挙動解析方法、及びコンピュータプログラム
【課題】 大規模な設備における粒子の挙動をＤＥＭによって解析する場合の解析時間を短縮しつつ、可及的に正確に粒子の挙動を解析できるようにする。
【解決手段】 粒子データ保存処理において、粒子データ保存位置３０１を通過するまでは通常通りＤＥＭによる計算をする。その後、計算対象除外位置３０２を通過するまでは当該粒子には他の粒子や構造物からの力が作用しないようにする。ここで、粒子データ保存位置３０１を通過したときの当該粒子の情報を記憶する。その後、計算対象除外位置３０２を通過すると、当該粒子を計算対象から除外する。粒子データ読み込み処理において、粒子の保存情報に基づき、粒子データ発生位置４０２に粒子を発生させ、計算対象位置４０１を通過するまでは当該粒子には他の粒子や構造物からの力が作用しないようにする。その後、計算対象位置４０１を通過すると通常通りＤＥＭによる計算をする。
【解決手段】 粒子データ保存処理において、粒子データ保存位置３０１を通過するまでは通常通りＤＥＭによる計算をする。その後、計算対象除外位置３０２を通過するまでは当該粒子には他の粒子や構造物からの力が作用しないようにする。ここで、粒子データ保存位置３０１を通過したときの当該粒子の情報を記憶する。その後、計算対象除外位置３０２を通過すると、当該粒子を計算対象から除外する。粒子データ読み込み処理において、粒子の保存情報に基づき、粒子データ発生位置４０２に粒子を発生させ、計算対象位置４０１を通過するまでは当該粒子には他の粒子や構造物からの力が作用しないようにする。その後、計算対象位置４０１を通過すると通常通りＤＥＭによる計算をする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、粒子挙動解析装置、粒子挙動解析方法、及びコンピュータプログラムに関し、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。
【背景技術】
【０００２】
従来から、ＤＥＭを用いて、粒子の挙動を解析することが行われている。
特許文献１では、コンベアベルトにより搬送される石炭や鉱石等の搬送物の挙動を解析するようにしている。この際、特許文献１では、ベルト搬送面の一部や案内板等、搬送物の挙動に直接的に影響する部分だけを記述して解析するようにしている。
また、特許文献２では、電子写真プロセスにおけるトナー粒子の挙動を解析するようにしている。この際、特許文献２では、解析領域を分割した領域内の代表的なトナー粒子（代表粒子）として、当該領域内において、他の粒子又は壁に接触している粒子のうちの所定割合の粒子を抽出する。そして、抽出した代表粒子を移動させようとする作用力が、当該代表粒子を保持しようとする作用力を上回る場合に、当該代表粒子を移動粒子とし、この移動粒子が所定割合以上となる領域についてのみ粒子の挙動を計算し、その他の領域の粒子の挙動を計算しないようにしている。
従来は、以上のようにしてＤＥＭにおける解析時間を短縮するようにしていた。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００１−１３９１１６号公報
【特許文献２】特開２００７−２６２４５３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、例えば、鉄鋼業における製銑工程では、コークスや鉄鉱石（焼結鉱等）はベルトコンベアで高炉に運ばれ、所定の炉頂ホッパーに装入される。そして、ベルレス式高炉の場合、ホッパーに装入されたコークスや鉄鉱石は、高炉本体内にある旋回シュートに装入され、旋回シュートから高炉本体内に堆積される。このようなベルレス式高炉において、例えば、旋回シュートの傾動角のみを変えて、コークスや鉄鉱石の挙動を解析することがある。
しかしながら、従来の技術では、このような場合であっても、高炉の全工程にわたって、コークスや鉄鉱石の挙動を解析しなければならなかった。したがって、大規模な設備における粒子の挙動をＤＥＭによって解析する場合には、解析時間を十分に短縮することができないという問題点があった。
【０００５】
本発明は、以上の問題点に鑑みてなされたものであり、大規模な設備における粒子の挙動をＤＥＭによって解析する場合の解析時間を短縮しつつ、可及的に正確に粒子の挙動を解析できるようにすることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の粒子挙動解析装置は、設備における複数の粒子の挙動を、離散要素法を用いて解析する粒子挙動解析装置であって、前記設備の所定の領域を粒子データ保存位置とすると共に、前記粒子データ保存位置よりも前記粒子の進行方向における前方側の領域を計算対象除外位置とし、前記粒子データ保存位置から前記計算対象除外位置までの領域を第１の運動領域として設定する第１の領域設定手段と、前記設備の所定の領域を計算対象位置とすると共に、前記計算対象位置よりも前記粒子の進行方向における後方側の領域を粒子データ発生位置とし、前記粒子データ発生位置から前記計算対象位置までの領域を第２の運動領域として設定する第２の領域設定手段と、前記複数の粒子の挙動を、離散要素法を用いて解析する粒子挙動解析手段と、を有し、前記粒子挙動解析手段は、前記粒子が前記粒子データ保存位置を通過したか否かを判定する第１の判定手段と、前記第１の判定手段により、前記粒子が前記粒子データ保存位置を通過したと判定されると、当該粒子の位置、並進速度及び回転速度と、当該粒子と接触している粒子の識別情報と、当該粒子及び当該粒子に接触している粒子の間に作用している力と、通過時間を示す情報とを含む情報を、粒子の保存情報として記憶する記憶手段と、前記粒子が前記計算対象除外位置を通過したか否かを判定する第２の判定手段と、前記粒子が、前記粒子データ保存位置を通過してから前記計算対象除外位置を通過するまでの間に、当該粒子が前記粒子データ保存位置を通過していない他の粒子と接触している場合、当該粒子に作用する力を計算せずに、当該粒子が所定の運動を行うものとして当該粒子を移動させると共に、当該粒子から当該他の粒子に作用する力を計算し、計算した力に基づいて当該他の粒子を移動させる第１の移動手段と、前記第２の判定手段により、前記粒子が前記計算対象除外位置を通過したと判定されると、当該粒子を離散要素法による解析対象から除外する除外手段と、前記第１の運動領域における全ての粒子の挙動が解析された後に、前記粒子の保存情報に含まれる通過時間に基づいて、前記粒子データ発生位置に粒子を発生させる粒子発生手段と、前記粒子発生手段により発生された粒子の保存情報のうち、当該粒子の位置、並進速度及び回転速度と、当該粒子と接触している粒子の識別情報と、当該粒子及び当該粒子に接触している粒子の間に作用している力とを読み出す読み出し手段と、前記粒子が前記計算対象位置を通過したか否かを判定する第３の判定手段と、前記粒子が、前記粒子データ発生位置を通過してから前記計算対象位置を通過するまでの間に、当該粒子が前記計算対象位置を通過した他の粒子と接触している場合、当該粒子に作用する力を計算せずに、当該粒子が所定の運動を行うものとして当該粒子を、前記読み出し手段により読み出された当該粒子の保存情報に基づいて移動させると共に、当該粒子から当該他の粒子に作用する力を計算し、計算した力に基づいて当該他の粒子を移動させる第２の移動手段と、を更に有することを特徴とする。
【０００７】
本発明の粒子挙動解析方法は、設備における複数の粒子の挙動を、離散要素法を用いて解析する粒子挙動解析方法であって、前記設備の所定の領域を粒子データ保存位置とすると共に、前記粒子データ保存位置よりも前記粒子の進行方向における前方側の領域を計算対象除外位置とし、前記粒子データ保存位置から前記計算対象除外位置までの領域を第１の運動領域として設定する第１の領域設定工程と、前記設備の所定の領域を計算対象位置とすると共に、前記計算対象位置よりも前記粒子の進行方向における後方側の領域を粒子データ発生位置とし、前記粒子データ発生位置から前記計算対象位置までの領域を第２の運動領域として設定する第２の領域設定工程と、前記複数の粒子の挙動を、離散要素法を用いて解析する粒子挙動解析工程と、を有し、前記粒子挙動解析工程は、前記粒子が前記粒子データ保存位置を通過したか否かを判定する第１の判定工程と、前記第１の判定工程により、前記粒子が前記粒子データ保存位置を通過したと判定されると、当該粒子の位置、並進速度及び回転速度と、当該粒子と接触している粒子の識別情報と、当該粒子及び当該粒子に接触している粒子の間に作用している力と、通過時間を示す情報とを含む情報を、粒子の保存情報として記憶する記憶工程と、前記粒子が前記計算対象除外位置を通過したか否かを判定する第２の判定工程と、前記粒子が、前記粒子データ保存位置を通過してから前記計算対象除外位置を通過するまでの間に、当該粒子が前記粒子データ保存位置を通過していない他の粒子と接触している場合、当該粒子に作用する力を計算せずに、当該粒子が所定の運動を行うものとして当該粒子を移動させると共に、当該粒子から当該他の粒子に作用する力を計算し、計算した力に基づいて当該他の粒子を移動させる第１の移動工程と、前記第２の判定工程により、前記粒子が前記計算対象除外位置を通過したと判定されると、当該粒子を離散要素法による解析対象から除外する除外工程と、前記第１の運動領域における全ての粒子の挙動が解析された後に、前記粒子の保存情報に含まれる通過時間に基づいて、前記粒子データ発生位置に粒子を発生させる粒子発生工程と、前記粒子発生工程により発生された粒子の保存情報のうち、当該粒子の位置、並進速度及び回転速度と、当該粒子と接触している粒子の識別情報と、当該粒子及び当該粒子に接触している粒子の間に作用している力とを読み出す読み出し工程と、前記粒子が前記計算対象位置を通過したか否かを判定する第３の判定工程と、前記粒子が、前記粒子データ発生位置を通過してから前記計算対象位置を通過するまでの間に、当該粒子が前記計算対象位置を通過した他の粒子と接触している場合、当該粒子に作用する力を計算せずに、当該粒子が所定の運動を行うものとして当該粒子を、前記読み出し工程により読み出された当該粒子の保存情報に基づいて移動させると共に、当該粒子から当該他の粒子に作用する力を計算し、計算した力に基づいて当該他の粒子を移動させる第２の移動工程と、を更に有することを特徴とする。
【０００８】
本発明のコンピュータプログラムは、設備における複数の粒子の挙動を、離散要素法を用いて解析することをコンピュータに実行させるためのコンピュータプログラムであって、前記設備の所定の領域を粒子データ保存位置とすると共に、前記粒子データ保存位置よりも前記粒子の進行方向における前方側の領域を計算対象除外位置とし、前記粒子データ保存位置から前記計算対象除外位置までの領域を第１の運動領域として設定する第１の領域設定工程と、前記設備の所定の領域を計算対象位置とすると共に、前記計算対象位置よりも前記粒子の進行方向における後方側の領域を粒子データ発生位置とし、前記粒子データ発生位置から前記計算対象位置までの領域を第２の運動領域として設定する第２の領域設定工程と、前記複数の粒子の挙動を、離散要素法を用いて解析する粒子挙動解析工程と、をコンピュータに実行させ、前記粒子挙動解析工程は、前記粒子が前記粒子データ保存位置を通過したか否かを判定する第１の判定工程と、前記第１の判定工程により、前記粒子が前記粒子データ保存位置を通過したと判定されると、当該粒子の位置、並進速度及び回転速度と、当該粒子と接触している粒子の識別情報と、当該粒子及び当該粒子に接触している粒子の間に作用している力と、通過時間を示す情報とを含む情報を、粒子の保存情報として記憶媒体に記憶する記憶工程と、前記粒子が前記計算対象除外位置を通過したか否かを判定する第２の判定工程と、前記粒子が、前記粒子データ保存位置を通過してから前記計算対象除外位置を通過するまでの間に、当該粒子が前記粒子データ保存位置を通過していない他の粒子と接触している場合、当該粒子に作用する力を計算せずに、当該粒子が所定の運動を行うものとして当該粒子を移動させると共に、当該粒子から当該他の粒子に作用する力を計算し、計算した力に基づいて当該他の粒子を移動させる第１の移動工程と、前記第２の判定工程により、前記粒子が前記計算対象除外位置を通過したと判定されると、当該粒子を離散要素法による解析対象から除外する除外工程と、前記第１の運動領域における全ての粒子の挙動が解析された後に、前記粒子の保存情報に含まれる通過時間に基づいて、前記粒子データ発生位置に粒子を発生させる粒子発生工程と、前記粒子発生工程により発生された粒子の保存情報のうち、当該粒子の位置、並進速度及び回転速度と、当該粒子と接触している粒子の識別情報と、当該粒子及び当該粒子に接触している粒子の間に作用している力とを読み出す読み出し工程と、前記粒子が前記計算対象位置を通過したか否かを判定する第３の判定工程と、前記粒子が、前記粒子データ発生位置を通過してから前記計算対象位置を通過するまでの間に、当該粒子が前記計算対象位置を通過した他の粒子と接触している場合、当該粒子に作用する力を計算せずに、当該粒子が所定の運動を行うものとして当該粒子を、前記読み出し工程により読み出された当該粒子の保存情報に基づいて移動させると共に、当該粒子から当該他の粒子に作用する力を計算し、計算した力に基づいて当該他の粒子を移動させる第２の移動工程と、を更に有することを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、粒子データ保存位置で粒子の情報を保存し、当該粒子が計算対象除外位置を通過するまでは、所定の運動を行うものとして当該粒子を移動させる。このとき、当該粒子が粒子データ保存位置を通過していない他の粒子と接触している場合には、当該粒子に作用する力を計算しないが、当該他の粒子に作用する力は計算する。その後、粒子データ発生位置で粒子を発生させ、当該粒子が計算対象位置を通過するまでは、所定の運動を行うものとして当該粒子を移動させる。このとき、当該粒子が計算対象位置を通過した他の粒子と接触している場合には、当該粒子に作用する力を計算しないが、当該他の粒子に作用する力は計算する。したがって、設備の複数の領域毎に個別に粒子の挙動を解析することができると共に、粒子の消滅させるときや、粒子を発生させるときに、当該粒子に接触している他の粒子であって、ＤＥＭによる解析の対象となっている粒子が、当該粒子の消滅や発生によって影響を受けることを可及的に防止することができる。よって、大規模な設備における粒子の挙動をＤＥＭによって解析する場合の解析時間を短縮しつつ、可及的に正確に粒子の挙動を解析することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の実施形態を示し、ベルレス式高炉の概略構成の一例を模式的に示す図である。
【図２】本発明の実施形態を示し、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。
【図３】本発明の実施形態を示し、粒子データ保存処理で設定される等速直線運動領域の一例を概念的に示す図である。
【図４】本発明の実施形態を示し、粒子データ保存処理で設定される等速直線運動領域の一例を概念的に示す図である。
【図５】本発明の実施形態を示し、相互に接触している２つの粒子の様子の一例と、粒子の挙動の一例を概念的に示す図である。
【図６−１】本発明の実施形態を示し、粒子データ保存処理を行う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。
【図６−２】本発明の実施形態を示し、図６−１に続くフローチャートである。
【図７−１】本発明の実施形態を示し、粒子データ読み込み処理を行う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。
【図７−２】本発明の実施形態を示し、図７−１に続くフローチャートである。
【図８】本発明の実施形態を示し、解析時間の短縮効果の一例を表形式で示す図である。
【図９】本発明の実施形態を示し、ベルレス式高炉の模擬実験装置の構成の一例を示した図である。
【図１０】本発明の実施形態を示し、模擬実験の結果と解析の結果を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
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。本実施形態では、ベルレス式高炉における粒子の挙動を解析する場合を例に挙げて説明する。
図１は、ベルレス式高炉の概略構成の一例を模式的に示す図である。
図１において、ベルトコンベア１によって搬送されたコークスと鉄鉱石（焼結鉱等）は、切替シュート２を介して、一定の周期で固定ホッパー３ａ、３ｂに交互に装入される。本実施形態では、コークスは固定ホッパー３ａに装入され、鉄鉱石は固定ホッパー３ｂに装入されるものとする。
【００１２】
固定ホッパー３ａ、３ｂに装入されたコークスと鉄鉱石は、固定ホッパー３ａ、３ｂの下端部にある上部流調ゲート４ａ、４ｂの開度に応じて貯留ホッパー５に一定の周期で交互に装入される。貯留ホッパー５に装入されたコークス又は鉄鉱石は、貯留ホッパー５の下端部にある下部流調ゲート６の開度に応じて、高炉本体７内の頂部付近にある旋回シュート８に導かれ、旋回シュート８の動作に従って高炉本体７内に堆積される。このようにすることによって、高炉本体７内に、コークスの層と鉄鉱石の層とが高さ方向において交互に形成される。
【００１３】
旋回シュート８は、傾動角θ及び回転速度を変更することが可能な構成となっており、これらを変更して旋回シュート８を動作させることにより、コークスや鉄鉱石を、高炉本体７の円周方向において可及的に均一に堆積させることができる。
本実施形態では、ＤＥＭを用いた解析に際し、このようなベルレス式高炉の領域を、下部流調ゲート６で分割する。そして、下部流調ゲート６を通過したときの焼結鉱の挙動を、ＤＥＭを用いて解析して保存しておく。その後、下部流調ゲート６から旋回シュート８に装入された焼結鉱が高炉本体７内にどのように堆積するのかを、保存しておいた焼結鉱の挙動を基にＤＥＭを用いて解析する。本実施形態では、このようにすることによって、例えば、旋回シュート８の傾動角のみを変えた場合の焼結鉱の挙動を解析したい場合には、下部流調ゲート６までの焼結鉱の挙動を解析する回数を減らすことができる。
【００１４】
図２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。
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、及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）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。
【００１５】
（解析形態指定部１０１）
解析形態指定部１０１は、ユーザによるユーザインターフェースの操作に基づいて、高炉を分割した領域の何れの解析を行うのかを指定する。すなわち、図１に示す例では、解析形態指定部１０１は、固定ホッパー３ｂに装入されてから、下部流調ゲート６に到達するまでの焼結鉱の挙動を解析するのか、それとも、下部流調ゲート６から旋回シュート８に装入されて高炉本体７に堆積するまでの焼結鉱の挙動を解析するのかを指定する。以下の説明では、「固定ホッパー３ｂに装入されてから、下部流調ゲート６に到達するまでの焼結鉱の挙動を解析する」処理を必要に応じて「粒子データ保存処理」と称する。また、「下部流調ゲート６から旋回シュート８に装入されて高炉本体７に堆積するまでの焼結鉱の挙動を解析する」処理を必要に応じて「粒子データ読み込み処理」と称する。
解析形態指定部１０１は、例えば、ＣＰＵが、ユーザによるユーザインターフェースの操作の内容を識別し、当該操作の内容が、粒子データ保存処理及び粒子データ読み込み処理の何れに対応するのかを判断し、判断した結果をＲＡＭ等に記憶することにより実現される。
【００１６】
（粒子情報取得部１０２）
本実施形態では、解析対象となる焼結鉱を球形状と見なし、球形状の粒子の挙動を、ＤＥＭを用いて解析するようにしている。粒子情報取得部１０２は、この粒子に関する情報を取得する。尚、以下の説明では、「粒子に関する情報」を必要に応じて「粒子情報」と称する。具体的、粒子情報取得部１０２は、各粒子の質量及び大きさ（直径又は半径）の情報を粒子情報として取得する、また、粒子情報取得部１０２は、後述するようにして粒子に作用する力を求める際に必要となる物性値を粒子情報として取得する。本実施形態では、この物性値として、粒子の法線方向のばね定数Ｋn、粒子の法線方向の粘性定数ηn、粒子の摩擦係数μ、粒子のせん断方向のばね定数Ｋt、及び、粒子のせん断方向の粘性定数ηt、慣性モーメントＩが取得される。
以上のような粒子情報は、ユーザが、ユーザインターフェースを操作することにより入力されるようにしてもよいし、粒子挙動解析装置１００に装着された可搬型の記憶媒体から読み出されるようにしてもよい。すなわち、粒子情報は、粒子挙動解析装置１００の外部から取得されるようにしていれば、その取得の方法は、特に限定されるものではない。
粒子情報取得部１０２は、例えば、ＣＰＵが、ユーザによるユーザインターフェースの操作の内容から粒子情報を識別してＨＤＤ等に記憶したり、ＵＳＢメモリ等の記憶媒体から粒子情報を読み出してＨＤＤ等に記憶したりすることによって実現される。
【００１７】
（高炉情報取得部１０３）
高炉情報取得部１０３は、高炉に関する情報を取得する。尚、以下の説明では、「高炉に関する情報」を必要に応じて「高炉情報」と称する。具体的に、高炉情報取得部１０３は、高炉の各部の位置を示す座標の情報を高炉情報として取得する。また、高炉情報取得部１０３は、後述するようにして粒子に作用する力を求める際に必要となる物性値を高炉情報として取得する。本実施形態では、この物性値として、高炉の各部のヤング率やポアソン比等が取得される。
以上のような高炉情報は、ユーザが、ユーザインターフェースを操作することにより入力されるようにしてもよいし、粒子挙動解析装置１００に装着された可搬型の記憶媒体から読み出されるようにしてもよい。すなわち、高炉情報は、粒子挙動解析装置１００の外部から取得されるようにしていれば、その取得の方法は、特に限定されるものではない。
高炉情報取得部１０３は、例えば、ＣＰＵが、ユーザによるユーザインターフェースの操作の内容か高炉情報を識別してＨＤＤ等に記憶したり、ＵＳＢメモリ等の記憶媒体から高炉情報を読み出してＨＤＤ等に記憶したりすることによって実現される。尚、本実施形態で示す座標は、全て同一の３次元座標系であるものとする。
【００１８】
（領域設定部１０４）
領域設定部１０４は、解析形態指定部１０１によって、粒子データ保存処理を行うことが指定されると動作する。領域設定部１０４は、粒子情報取得部１０２により取得された粒子情報（粒子の大きさ）に基づいて、粒子径（大きさ）の最大値を取得する。また、領域設定部１０４は、高炉情報取得部１０３により取得された高炉情報（高炉の各部の位置を示す座標）に基づいて、下部流調ゲート６の座標を粒子データ保存位置の情報として取得する。そして、領域設定部１０４は、粒子径（大きさ）の最大値と、下部流調ゲート６の座標とに基づいて、等速直線運動領域を設定する。
【００１９】
図３は、粒子データ保存処理で設定される等速直線運動領域の一例を概念的に示す図である。
本実施形態では、図３に示すように、粒子データ保存位置３０１からその下方の計算対象除外位置３０２までの領域を、粒子が等速直線運動をする領域（等速直線運動領域）としている。ここで、粒子データ保存位置３０１から計算対象除外位置３０２までの最短距離はＬ1である。尚、図３では、等速直線運動領域を２次元の領域として示しているが、等速直線運動領域は実際には３次元の領域である。
【００２０】
本実施形態では、粒子データ保存処理において、固定ホッパー３ｂに装入されてから、下部流調ゲート６に到達するまでの焼結鉱の挙動を解析する。したがって、下部流調ゲート６を通過した粒子３１１については、その時点で消滅させ、計算対象から除外するということも考えられる。しかしながら、このようにすると、当該粒子３１１に接触している粒子３１２が受ける力は、粒子３１１が存在しなくなったことによって変化する。更に、粒子３１２に接触している粒子３１３が受ける力も変化する。このように、計算を終了させる位置（ここでは、下部流調ゲート６）を通過した粒子を、その時点で消滅させ、計算対象から除外すると、実際の粒子の挙動を正確に反映したものでなくなる虞がある。
【００２１】
そこで、本実施形態では、粒子の中心が、粒子データ保存位置３０１を通過するまでは、通常通り、ＤＥＭによる計算をする（粒子３１２〜３１５を参照）。
その後、粒子の中心が、粒子データ保存位置３０１を通過してから計算対象除外位置３０２を通過するまでの間は、当該粒子は等速直線運動をするものとする（粒子３１１、３１６を参照）。ここで、粒子の中心が、粒子データ保存位置３０１を通過したとき、そのときの「当該粒子の位置（座標）・並進速度・回転速度、当該粒子と接触している粒子の識別番号、当該粒子及び当該粒子に接触している粒子の間に作用している力（法線方向及びせん断方向の作用力）、通過時間」を記憶する。尚、以下の説明では、これら「粒子の位置・並進速度・回転速度、当該粒子と接触している粒子の番号、当該粒子及び当該粒子に接触している粒子の間に作用している力、通過時間」を必要に応じて「粒子の保存情報」と称する。
【００２２】
本実施形態では、ＤＥＭによる計算を行うに際し、等速直線運動外にある粒子３１２（粒子データ保存位置３０１を通過していない粒子３１２）に接触している「等速直線運動内にある粒子３１１」については、当該粒子３１２によって作用する力を計算しない。一方、等速直線運動内にある粒子３１１に接触している「等速直線運動外にある粒子３１２」については、当該粒子３１１によって作用する力を計算する。
そして、粒子の中心が、計算対象除外位置３０２を通過すると、当該粒子を消滅させ、計算対象から除外する（粒子３１７を参照）。
【００２３】
ここで、粒子データ保存位置３０１から計算対象除外位置３０２までの最短距離Ｌ1は、粒子径（大きさ）の最大値を超える長さであるとする。このようにすれば、計算対象除外位置３０２を通過した粒子３１７が、粒子データ保存位置３０１を通過していない粒子３１２〜３１５と接触することがなくなり、計算対象除外位置３０２を通過した粒子３１７が、粒子データ保存位置３０１を通過していない粒子３１２〜３１５に大きな影響を与えることがなくなるからである。
領域設定部１０４は、例えば、ＣＰＵが、ＨＤＤ等から、下部流調ゲート６の座標と、各粒子の粒子径（大きさ）とを読み出し、読み出した情報から、等速直線運動領域の座標を設定し、設定した座標をＲＡＭ等に記憶することによって実現される。
【００２４】
（領域設定部１０５）
領域設定部１０５は、解析形態指定部１０１によって、粒子データ読み込み処理を行うことが指定されると動作する。領域設定部１０５は、粒子情報取得部１０２により取得された粒子情報（粒子の大きさ）に基づいて、粒子径（大きさ）の最大値を取得する。また、領域設定部１０５は、高炉情報取得部１０３により取得された高炉情報（高炉の各部の位置を示す座標）に基づいて、下部流調ゲート６の座標を計算対象位置の情報として取得する。そして、領域設定部１０５は、粒子径（大きさ）の最大値と、下部流調ゲート６の座標とに基づいて、等速直線運動領域を設定する。
図４は、粒子データ読み込み処理で設定される等速直線運動領域の一例を概念的に示す図である。
本実施形態では、図４に示すように、計算対象位置４０１からその上方（焼結鉱の進行方向における後方側）の粒子データ発生位置４０２までの領域を、粒子が等速直線運動をする領域（等速直線運動領域）としている。ここで、計算対象位置４０１から粒子データ発生位置４０２までの最短距離はＬ2である。尚、図４でも、図３と同様に、等速直線運動領域を２次元の領域として示しているが、等速直線運動領域は実際には３次元の領域である。
【００２５】
本実施形態では、粒子データ読み込み処理において、下部流調ゲート６から旋回シュート８に装入され高炉本体７に堆積するまでの焼結鉱の挙動を解析する。したがって、下部流調ゲート６において、前述した粒子データ保存処理で保存した「粒子の保存情報」を読み出し、その情報に従って、粒子を順次発生させるようにすることも考えられる。しかしながら、このようにすると、例えば、図４の粒子４１１に接触している粒子４１２の影響を考慮して粒子４１１が受ける力を求めることができない。よって、実際の粒子の挙動を正確に反映したものでなくなる虞がある。
【００２６】
そこで、本実施形態では、計算対象位置４０１を通過するよりも前に粒子を発生させる。すなわち、粒子データ保存処理で保存した「粒子の保存情報」に含まれる通過時間に基づいて、早く保存した粒子から当該通過時間に基づく時間隔で、粒子を、粒子データ発生位置４０２であって、当該粒子の保存情報に示されている「粒子の位置を示す座標」に対応する位置に順次発生させる（粒子４１２、４１３を参照）。その後、粒子の中心が、計算対象位置４０１を通過するまでの間は、当該粒子は等速直線運動をするものとする（粒子４１２、４１３を参照）。このときの運動は、粒子の保存情報に含まれる並進速度及び回転速度で規定される。
【００２７】
その後、粒子の中心が、計算対象位置を通過すると、当該粒子を、通常通り、ＤＥＭによる計算を行う粒子とする（粒子４１１、４１４〜４１６を参照）。
本実施形態では、ＤＥＭによる計算を行うに際し、等速直線運動外にある粒子４１１（計算対象位置４０１を通過した粒子４１１）に接触している「等速直線運動内にある粒子４１２」については、当該粒子４１１によって作用する力を計算しない。一方、等速直線運動内にある粒子４１２に接触している「等速直線運動外にある粒子４１１」については、当該粒子４１２によって作用する力を計算する。
【００２８】
ここで、計算対象位置４０１から粒子データ発生位置４０２までの最短距離Ｌ2は、粒子径（大きさ）の最大値を超える長さであるとする。このようにすれば、計算対象位置４０１にある粒子４１１、４１４〜４１６に影響を与える可能性のある全ての粒子４１２、４１３を計算対象領域内に発生させることができるからである。
領域設定部１０５は、例えば、ＣＰＵが、ＨＤＤ等から、下部流調ゲート６の座標と、各粒子の粒子径（大きさ）とを読み出し、読み出した情報から、等速直線運動領域の座標を設定し、設定した座標をＲＡＭ等に記憶することによって実現される。
【００２９】
（粒子挙動解析部１０６）
粒子挙動解析部１０６は、粒子の挙動を、ＤＥＭを用いて解析する。
まず、粒子データ保存処理における粒子挙動解析部１０６の動作の一例について説明する。
粒子挙動解析部１０６は、粒子情報取得部１０２により取得された粒子情報と、高炉情報取得部１０３により取得された高炉情報と、ユーザによるユーザインターフェースの操作の内容（粒子の配置に関する情報）とに基づいて、各粒子を所望の位置に配置する。また、粒子挙動解析部１０６は、配置した各粒子に対し、粒子を識別する粒子番号を付与すると共に、各粒子のフラグの値として０を設定する。粒子のフラグの値が０であるということは、当該粒子は等速直線運動領域に入っていないことを示す。
【００３０】
そして、粒子挙動解析部１０６は、粒子が他の粒子や高炉内の構造物と接触しているか否かを判定する。
粒子が他の粒子や高炉内の構造物と接触している場合、粒子挙動解析部１０６は、法線方向及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行って、当該粒子に作用する力を求めることを各粒子のそれぞれについて行い、その結果に基づいて各粒子を移動させる。
【００３１】
粒子挙動解析部１０６は、このような接触判定処理と各粒子の移動処理とを所定の時間隔毎に行う。そして、その結果から各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、粒子が動くことになる。
【００３２】
具体的に、粒子挙動解析部１０６は、例えば、以下の（１）式により、粒子ｉ、ｊの接触領域における法線方向の反発力Ｆn,ijを求め、以下の（２）式により、粒子ｉ、ｊの接触領域におけるせん断方向の反発力Ｆt,ijを求め、以下の（３）式の並進の運動方程式を解き、以下の（４）式により回転の運動方程式を解く。
【００３３】
【数１】
【００３４】
図５は、相互に接触している２つの粒子５０１、５０２の様子の一例（図５（ａ））と、粒子５０３の挙動の一例（図５（ｂ））を概念的に示す図である。図５を参照しながら、（１）式から（４）式のパラメータを説明する。
（１）式において、Ｋnは、法線方向のばね定数であり、粒子情報取得部１０２により取得されるものである。ただし、Ｋnは、図５（ａ）の距離Ｈやδnに応じて設定することもできる。Δｕn,ijは、２つの粒子ｉ、ｊ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、粒子情報取得部１０２により取得されるものである。ｎij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。
【００３５】
（２）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、粒子情報取得部１０２により取得されるものである。ただし、μは、状態等に応じて異ならせることもできる。ｔij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、粒子情報取得部１０２により取得されるものである。ただし、Ｋtは、図５（ａ）の距離Ｈやδn、δtに応じて設定することができる。Δｕt,ijは、２つの粒子ｉ、ｊ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。Δφij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５（ａ）の粒子５０１の回転変位φiと粒子５０２の回転変位φj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、粒子情報取得部１０２により取得されるものである。Δｔは、所定の時間隔であり、予め設定されるものである。
尚、高炉情報取得部１０３によって取得される高炉情報に含まれるヤング率やポアソン比は、（１）式に示すＫn、ηnや、（２）式に示すＫt、ηtを決定する際に使用されるものである。
【００３６】
（３）式において、ｖは、解析用粒子の速度である（図５を参照）。ｖの上に付されている・は時間微分を表す。Ｆは、せん断方向及び法線方向の反発力の総和である。ｍは粒子の質量であり、粒子情報取得部１０２により取得されるものである。ｇは、重力加速度である。尚、粒子が他の粒子や構造物と接触していない場合、（３）式の右辺の第１項は０（ゼロ）になる。
（４）式において、ωは、粒子の角速度である（図５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、せん断方向及び法線方向の反発力Ｆn,ij、Ｆt,ijから求められる。Ｉは、慣性モーメントであり、粒子情報取得部１０２により取得されるものである。
【００３７】
尚、粒子の挙動を解析する手法（粒子挙動解析部１０６が実行する解析手法）は、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（１）式〜（４）式を用いた手法に限定されるものではない。
【００３８】
このようにして粒子を移動させた後、中心が粒子データ保存位置３０１を通過した粒子がある場合、粒子挙動解析部１０６は、当該粒子のフラグの値を０から１に変更する。粒子のフラグの値が１ということは、当該粒子は等速直線運動領域内にあるということを示す。そして、粒子挙動解析部１０６は、中心が粒子データ保存位置３０１を通過した時点における「粒子の保存情報」を記憶する。前述したように、粒子の保存情報は、粒子の位置・並進速度・回転速度、当該粒子と接触している粒子の番号、当該粒子及び当該粒子に接触している粒子の間に作用している力・通過時間である。
【００３９】
粒子挙動解析部１０６は、フラグの値が１の粒子については、前述した（１）〜（４）式の計算をしない。また、粒子挙動解析部１０６は、中心が粒子データ保存位置３０１を通過した時点における粒子の「位置を示す座標、並進速度」に基づいて、当該粒子を等速直線運動させて、フラグの値が１の粒子を移動させる。尚、フラグの値が１の粒子からフラグの値が０の粒子に作用する力は、フラグの値が１の粒子の保存情報（並進速度、回転速度、接触している粒子の番号、作用力）に基づいて計算される。
また、中心が計算対象除外位置３０２を通過した粒子がある場合、粒子挙動解析部１０６は、当該粒子のフラグの値を１から２に変更する。粒子のフラグの値が２ということは、当該粒子は計算対象から除外されたということを示す。したがって、フラグの値が２の粒子は存在しないものとして扱われる。
【００４０】
次に、粒子データ読み込み処理における粒子挙動解析部１０６の動作の一例について説明する。
まず、粒子挙動解析部１０６は、前述したように、粒子データ保存処理で保存した「粒子の保存情報」に含まれる通過時間に基づいて、早く保存した粒子から当該通過時間に基づく時間隔で、粒子を、粒子データ発生位置４０２に順次発生させる（粒子４１２、４１３を参照）。本実施形態では、粒子挙動解析部１０６は、粒子データ保存処理で一番早く保存した粒子の通過時間（粒子の保存情報に含まれる時間）を０として計時を行う。そして、粒子挙動解析部１０６は、発生対象となる粒子の通過時間から、粒子データ保存処理で一番早く保存した粒子の通過時間を減算した値が計時した時間に一致すると、当該発生対象となる粒子を発生させる。また、前述したように、粒子データ発生位置４０２は、粒子の保存情報に含まれている「粒子の位置（座標）」に対応する。
ここで、本実施形態では、粒子データ保存位置３０１と計算対象位置４０１とを同じ位置（下部流調ゲート６）にしているので、図３及び図４において、複数の粒子における「粒子データ保存位置３０１の通過時間の関係」と、当該複数の粒子における「計算対象位置４０１の通過時間の関係」とが同じになるように、粒子データ発生位置４０２に粒子を発生させるのが好ましい。例えば、１番目に保存した粒子の「粒子データ保存位置３０１の通過時間」と、２番目に保存した粒子の「粒子データ保存位置３０１の通過時間」との差がｔ秒であった場合、１番目に発生した粒子の「計算対象位置４０１の通過時間」と２番目に発生した粒子の「計算対象位置４０１の通過時間」との差もｔ秒とするのが好ましい。このようにするには、例えば、粒子データ保存位置３０１から計算対象除外位置３０２までの最短距離Ｌ1と、計算対象位置４０１から粒子データ発生位置４０２までの最短距離Ｌ2とを同じにし、且つ、粒子データ保存位置３０１から計算対象除外位置３０２までの等速直線運動領域と、計算対象位置４０１から粒子データ発生位置４０２までの等速直線運動領域における粒子の速度を同じにすればよい。
【００４１】
粒子挙動解析部１０６は、粒子データ発生位置４０２に発生させた粒子のフラグの値を１に設定する。粒子のフラグの値が１ということは、当該粒子は等速直線運動領域内にあるということを示す。粒子挙動解析部１０６は、フラグの値が１の粒子については、前述した（１）〜（４）式の計算をしない。また、粒子挙動解析部１０６は、中心が粒子データ保存位置３０１を通過した時点における粒子の保存情報（位置、並進速度）に基づいて、当該粒子を等速直線運動させて当該粒子を移動させる。その後、中心が計算対象位置４０１を通過した粒子がある場合、粒子挙動解析部１０６は、当該粒子のフラグの値を１から０に変更する。粒子のフラグの値が０であるということは、当該粒子は等速直線運動領域から出たことを示す。そして、粒子データ保存処理における「フラグの値が０の粒子の処理」と同様に、接触判定処理と、移動処理（（１）〜（４）式を参照）とを所定の時間隔毎に行い、その結果から各粒子の解析時間における挙動を得る。尚、前述したように、フラグの値が１の粒子からフラグの値が０の粒子に作用する力は、フラグの値が１の粒子の保存情報（並進速度、回転速度、接触している粒子の番号、作用力）に基づいて計算される。
【００４２】
粒子挙動解析部１０６は、例えば、ＣＰＵが、ＲＡＭ等から、等速直線運動領域の座標や粒子の情報を読み出すと共に、ＨＤＤ等から、粒子情報や高炉情報を読み出して前述した演算処理を実行し、実行した結果をＲＡＭ等に記憶することにより実現される。
【００４３】
（粒子挙動表示部１０７）
粒子挙動表示部１０７は、粒子挙動解析部１０６により解析された「各粒子の挙動」をディスプレイに表示する。
粒子挙動表示部１０７は、例えば、ＣＰＵが、ＨＤＤ等から、各粒子の挙動の解析結果の情報を読み出してディスプレイに表示するための処理を行い、ディスプレイが、解析対象時間における各粒子の挙動を表示することにより実現される。
【００４４】
（粒子挙動解析装置１００の動作フローチャート）
次に、図６のフローチャートを参照しながら、粒子データ保存処理を行う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、解析形態指定部１０１により粒子データ保存処理を行うことが指定されており、且つ、粒子情報取得部１０２により粒子情報が取得されており、且つ、高炉情報取得部１０３により高炉情報が取得されているものとして説明を行う。
まず、図６−１のステップＳ１において、領域設定部１０４は、粒子情報（粒子の大きさ）に基づいて、粒子径（大きさ）の最大値を取得する。
次に、ステップＳ２において、領域設定部１０４は、下部流調ゲート６の座標を粒子データ保存位置の情報として取得する。
次に、ステップＳ３において、領域設定部１０４は、ステップＳ１で取得された粒子径（大きさ）の最大値と、ステップＳ２で取得された下部流調ゲート６の座標とに基づいて、等速直線運動領域を設定する（図３を参照）。
【００４５】
次に、ステップＳ４において、粒子挙動解析部１０６は、粒子情報取得部１０２により取得された粒子情報と、高炉情報取得部１０３により取得された高炉情報と、ユーザによるユーザインターフェースの操作の内容（粒子の配置に関する情報）とに基づいて、各粒子を所望の位置に配置し、配置した各粒子に対し、粒子を識別する粒子番号を付与すると共に各粒子のフラグの値として０を設定する。
次に、ステップＳ５において、粒子挙動解析部１０６は、解析時間ｔをΔｔに設定する。このΔｔは、（１）式及び（２）式のΔｔに対応するものである。
次に、ステップＳ６において、粒子挙動解析部１０６は、未選択の粒子を１つ選択する。
【００４６】
次に、ステップＳ７において、粒子挙動解析部１０６は、ステップＳ６で選択した粒子の中心が、等速直線運動領域の粒子データ保存位置３０１を通過したか否かを判定する（図３を参照）。この判定の結果、ステップＳ６で選択した粒子の中心が、等速直線運動領域の粒子データ保存位置３０１を通過していない場合には、ステップＳ８、Ｓ９を省略して、後述するステップＳ１０に進む。一方、ステップＳ６で選択した粒子の中心が、等速直線運動領域の粒子データ保存位置３０１を通過した場合には、ステップＳ８に進む。
【００４７】
ステップＳ８に進むと、粒子挙動解析部１０６は、ステップＳ６で選択した粒子のフラグの値を０から１に変更する。
次に、ステップＳ９において、粒子挙動解析部１０６は、ステップＳ６で選択した粒子の保存情報を記憶する。前述したように、粒子の保存情報は、中心が粒子データ保存位置３０１を通過した時点における「粒子の位置・並進速度・回転速度、当該粒子と接触している粒子の番号、当該粒子及び当該粒子に接触している粒子の間に作用している力、通過時間」の情報である。
次に、ステップＳ１０において、粒子挙動解析部１０６は、ステップＳ６で選択した粒子の中心が、等速直線運動領域の計算対象除外位置３０２を通過したか否かを判定する（図３を参照）。この判定の結果、ステップＳ６で選択した粒子の中心が、等速直線運動領域の計算対象除外位置３０２を通過していない場合には、ステップＳ１１を省略して、後述する図６−２のステップＳ１２に進む。一方、ステップＳ６で選択した粒子の中心が、等速直線運動領域の計算対象除外位置３０２を通過した場合には、ステップＳ１１に進む。
ステップＳ１１に進むと、粒子挙動解析部１０６は、ステップＳ６で選択した粒子のフラグの値を１から２に変更する。
【００４８】
次に、図６−２のステップＳ１２において、粒子挙動解析部１０６は、ステップＳ６で選択した粒子が他の粒子や高炉内の構造物と接触しているか否かを判定する。この判定の結果、ステップＳ６で選択した粒子が他の粒子や高炉内の構造物と接触していない場合には、当該粒子に作用する力を計算しないので、ステップＳ１３〜Ｓ１６を省略して、後述するステップＳ１７に進む。一方、ステップＳ６で選択した粒子が他の粒子や高炉内の構造物と接触している場合には、ステップＳ１３に進む。
ステップＳ１３に進むと、粒子挙動解析部１０６は、ステップＳ６で選択した粒子の接触相手（粒子又は構造物）のうち未選択のものを１つ選択する。
次に、ステップＳ１４において、粒子挙動解析部１０６は、ステップＳ６で選択した粒子のフラグの値が０であるか否かを判定する。この判定の結果、ステップＳ６で選択した粒子のフラグの値が０ではない場合には、ステップＳ１３で選択した粒子からステップＳ６で選択した粒子に作用する力を計算しないので、ステップＳ１５の処理を省略して、後述するステップＳ１６に進む。一方、ステップＳ６で選択した粒子のフラグの値が０である場合には、ステップＳ１５に進む。
【００４９】
ステップＳ１５に進むと、粒子挙動解析部１０６は、ステップＳ６で選択した粒子に作用する力を（せん断方向及び法線方向の反発力）を（１）式及び（２）式により求め、その結果に基づいて、当該粒子の速度ｖを（３）式により、当該粒子の角速度ωを（４）式により、それぞれ求める。ここで、フラグの値が１の粒子からフラグの値が０の粒子に作用する力は、フラグの値が１の粒子の「並進速度、回転速度、作用力」に基づいて計算される。
次に、ステップＳ１６において、粒子挙動解析部１０６は、ステップＳ６で選択した粒子の接触相手（粒子又は構造物）を全て選択したか否かを判定する。この判定の結果、ステップＳ６で選択した粒子の接触相手（粒子又は構造物）を全て選択していない場合には、ステップＳ１３に戻る。一方、ステップＳ６で選択した粒子の接触相手（粒子又は構造物）を全て選択した場合には、ステップＳ１７に進む。
【００５０】
ステップＳ１７に進むと、粒子挙動解析部１０６は、ステップＳ４で配置した全ての粒子を選択したか否かを判定する。この判定の結果、全ての粒子を選択していない場合には、図６−１のステップＳ６に戻る。一方、全ての粒子を選択した場合には、ステップＳ１８に進む。ステップＳ１８に進むと、粒子挙動解析部１０６は、ステップＳ１５の計算の結果に基づいて、各粒子を移動させる。ここで、フラグの値として１が設定されている粒子については、等速直線運動させて当該粒子を移動させる。
次に、ステップＳ１９において、粒子挙動解析部１０６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、ユーザによるユーザインターフェースの操作に基づいて、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Ｓ２０に進み、粒子挙動解析部１０６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、図６−１のステップＳ６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Ｓ２１に進み、粒子挙動表示部１０７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。そして、図６のフローチャートによる処理を終了する。
【００５１】
次に、図７のフローチャートを参照しながら、粒子データ読み込み処理を行う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、解析形態指定部１０１により粒子データ読み込み処理を行うことが指定されており、且つ、粒子情報取得部１０２により粒子情報が取得されており、且つ、高炉情報取得部１０３により高炉情報が取得されているものとして説明を行う。
まず、図７−１のステップＳ３１において、領域設定部１０５は、粒子情報（粒子の大きさ）に基づいて、粒子径（大きさ）の最大値を取得する。
次に、ステップＳ３２において、領域設定部１０５は、下部流調ゲート６の座標を計算対象位置の情報として取得する。
次に、ステップＳ３３において、領域設定部１０５は、ステップＳ３１で取得された粒子径（大きさ）の最大値と、ステップＳ３２で取得された下部流調ゲート６の座標とに基づいて、等速直線運動領域を設定する。
【００５２】
次に、ステップＳ３４において、粒子挙動解析部１０６は、解析時間ｔをΔｔに設定する。このΔｔは、（１）式及び（２）式のΔｔに対応するものである。
次に、ステップＳ３５において、粒子挙動解析部１０６は、図６−１のステップＳ９で保存した「粒子の保存情報」に含まれる通過時間が最も早い粒子を、粒子データ発生位置４０２のうち、当該粒子の保存情報に含まれている「粒子の位置（座標）」に対応する位置に発生させる（図４を参照）。このとき、粒子挙動解析部１０６は、発生させた粒子の保存情報のうち、粒子の位置・並進速度・回転速度、当該粒子と接触している粒子の番号、当該粒子及び当該粒子に接触している粒子の間に作用している力の情報を読み出す。
次に、ステップＳ３６において、粒子挙動解析部１０６は、発生させた粒子のフラグの値として１を設定する。
次に、ステップＳ３７において、粒子挙動解析部１０６は、未選択の粒子を１つ選択する。
【００５３】
次に、ステップＳ３８において、粒子挙動解析部１０６は、ステップＳ３７で選択した粒子の中心が、等速直線運動領域の計算対象位置４０１を通過したか否かを判定する（図４を参照）。この判定の結果、ステップＳ３７で選択した粒子の中心が、等速直線運動領域の計算対象位置４０１を通過していない場合には、ステップＳ３９を省略して後述する図７−２のステップＳ４０に進む。
一方、ステップＳ３７で選択した粒子の中心が、等速直線運動領域の計算対象位置４０１を通過した場合には、ステップＳ３９に進む。ステップＳ３９に進むと、粒子挙動解析部１０６は、ステップＳ３７で選択した粒子のフラグの値を１から０に変更する。
【００５４】
次に、図７−２のステップＳ４０において、粒子挙動解析部１０６は、ステップＳ３７で選択した粒子が他の粒子や高炉内の構造物と接触しているか否かを、当該粒子の保存情報等に基づいて判定する。この判定の結果、ステップＳ３７で選択した粒子が他の粒子や高炉内の構造物と接触していない場合には、当該粒子に作用する力を計算しないので、ステップＳ４１〜Ｓ４４を省略して、後述するステップＳ４５に進む。一方、ステップＳ３７で選択した粒子が他の粒子や高炉内の構造物と接触している場合には、ステップＳ４１に進む。
ステップＳ４１に進むと、粒子挙動解析部１０６は、ステップＳ３７で選択した粒子の接触相手（粒子又は構造物）のうち未選択のものを１つ選択する。
次に、ステップＳ４２において、粒子挙動解析部１０６は、ステップＳ３７で選択した粒子のフラグの値が０であるか否かを判定する。この判定の結果、ステップＳ３７で選択した粒子のフラグの値が０ではない場合には、ステップＳ４１で選択した粒子からステップＳ３７で選択した粒子に作用する力を計算しないので、ステップＳ４３の処理を省略して、後述するステップＳ４４に進む。一方、ステップＳ３７で選択した粒子のフラグの値が０である場合には、ステップＳ４３に進む。
【００５５】
ステップＳ４３に進むと、粒子挙動解析部１０６は、ステップＳ３７で選択した粒子に作用する力を（せん断方向及び法線方向の反発力）を（１）式及び（２）式により求め、その結果に基づいて、当該粒子の速度ｖを（３）式により、当該粒子の角速度ωを（４）式により、それぞれ求める。ここで、フラグの値が１の粒子からフラグの値が０の粒子に作用する力は、フラグの値が１の粒子の保存情報（並進速度、回転速度、接触している粒子の番号、作用力）に基づいて計算される。
次に、ステップＳ４４において、粒子挙動解析部１０６は、ステップＳ３７で選択した粒子の接触相手（粒子又は構造物）を全て選択したか否かを判定する。この判定の結果、ステップＳ６で選択した粒子の接触相手（粒子又は構造物）を全て選択していない場合には、ステップＳ４１に戻る。一方、ステップＳ３７で選択した粒子の接触相手（粒子又は構造物）を全て選択した場合には、ステップＳ４５に進む。
【００５６】
ステップＳ４５に進むと、粒子挙動解析部１０６は、発生している全ての粒子を選択したか否かを判定する。この判定の結果、全ての粒子を選択していない場合には、図７−１のステップＳ３７に戻る。一方、全ての粒子を選択した場合には、ステップＳ４６に進む。ステップＳ４６に進むと、粒子挙動解析部１０６は、ステップＳ４３の計算の結果に基づいて、各粒子を移動させる。ここで、フラグの値として１が設定されている粒子については、粒子の保存情報（位置、並進速度）に基づいて、等速直線運動させることにより当該粒子を移動させる。
次に、ステップＳ４７において、粒子挙動解析部１０６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。この判定の結果、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Ｓ４８に進み、粒子挙動表示部１０７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。そして、図７のフローチャートによる処理を終了する。
【００５７】
一方、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Ｓ４９に進む。ステップＳ４９に進むと、粒子挙動解析部１０６は、解析時間ｔをΔｔだけ進めて解析時間ｔを更新する。
次に、ステップＳ５０において、粒子挙動解析部１０６は、図６−１のステップＳ９で保存した「粒子の保存情報」に含まれる通過時間に基づいて、粒子を発生させるタイミングであるか否かを判定する。前述したように、本実施形態では、粒子挙動解析部１０６は、図７−１のステップＳ３５で一番早く保存した粒子の通過時間を０として計時を行い、発生対象となる粒子の通過時間から、粒子データ保存処理で一番早く保存した粒子の通過時間を減算した値が計時した時間に一致すると、当該発生対象となる粒子を発生させるタイミングであると判定する。
【００５８】
この判定の結果、粒子を発生させるタイミングでない場合には、図７−１のステップＳ３７に戻る。一方、粒子を発生させるタイミングである場合には、ステップＳ５１に進む。ステップＳ５１に進むと、粒子挙動解析部１０６は、ステップＳ５０で発生させるタイミングであると判定された粒子を、粒子データ発生位置４０２のうち、当該粒子の保存情報に含まれている「粒子の位置（座標）」に対応する位置に発生させる（図４を参照）。このとき、粒子挙動解析部１０６は、発生させた粒子の保存情報を読み出す。そして、図７−１のステップＳ３６に戻る。
【００５９】
（解析時間の短縮について）
図８は、本実施形態のようにして、ベルレス式高炉の領域を下部流調ゲート６で分割して焼結鉱の挙動を解析した場合の解析時間の短縮効果の一例を表形式で示す図である。
図８において、Ａは、固定ホッパー３ｂに装入されてから、下部流調ゲート６に到達するまでの焼結鉱の挙動を解析する際の計算負荷（粒子データ保存処理の計算負荷）を示す。Ｘは、粒子データ保存処理の処理水準数を示す。Ｂは、下部流調ゲート６から旋回シュート８に装入され高炉本体７に堆積するまでの焼結鉱の挙動を解析する際の計算負荷（粒子データ読み込み処理の計算負荷）を示す。Ｙは、粒子データ読み込み処理の処理水準数を示す。
例えば、図８の１行目に示すように、ベルレス式高炉の領域を分割せずに焼結鉱の挙動を解析した場合、全体で１２０（＝（１０＋２）×１０）の計算負荷が生じる。これに対し、本実施形態のように、ベルレス式高炉の領域を下部流調ゲート６で分割して焼結鉱の挙動を解析した場合、３０（＝（１０×１）＋（２×１０））の計算負荷が生じる。よって、計算負荷は、ベルレス式高炉の領域を分割しない場合の４分の１になる（すなわち、解析時間を４倍高速化することができる）。
【００６０】
（解析結果の妥当性について）
図９は、ベルレス式高炉の模擬実験装置の構成の一例を示した図である。尚、図９では、表記の都合上、ベルレス式高炉の模擬実験装置の構成を簡略化して示している。
図９において、ベルレス式高炉の模擬実験装置は、固定ホッパー３ｂ及び貯留ホッパー５を模した模擬ホッパー９１と、旋回シュート８を模した模擬旋回シュート９２と、高炉本体７を模した模擬高炉９３とを有する。
ここでは、焼結鉱の挙動を調べるために、以下の条件で模擬実験を行った。
焼結鉱１個の大きさ：３ｍｍ〜５ｍｍ
焼結鉱全体の重さ：１０ｋｇ
焼結鉱の密度：３３００ｋｇ／ｍ3
模擬ホッパー９１の出口の高さＨ：６００ｍｍ
模擬旋回シュート９２の傾動角θ：４０°
模擬高炉９３の大きさ：幅３６０ｍｍ、奥行１６０ｍｍ
【００６１】
また、以下の条件で、本実施形態の粒子挙動解析装置１００により焼結鉱の挙動を解析した。
試料、装置の条件：模擬実験と同じ
分割位置：模擬ホッパー９１の最下部９４
Δｔ：７．５×１０-7ｓｅｃ
Ｌ1、Ｌ2：６ｍｍ（＝焼結鉱の最大径（＝５ｍｍ）の１．２倍）
【００６２】
図１０は、模擬実験の結果（図１０（ａ））と解析の結果（図１０（ｂ））を示す図である。
図１０（ａ）に示す模擬実験の結果では、焼結鉱の傾斜角度は３５．５°となった。一方、図１０（ｂ）に示す解析の結果では、焼結鉱の傾斜角度は３５．９°となった。このように、本実施形態のようにして解析を行うと、粒子の挙動を可及的に正確に解析することができることが分かる。
【００６３】
（まとめ）
以上のように本実施形態では、粒子データ保存処理において、粒子の中心が、粒子データ保存位置３０１を通過するまでは、通常通り、ＤＥＭによる計算をする。その後、粒子の中心が、計算対象除外位置３０２を通過するまでは、当該粒子を等速直線運動させ、当該粒子には他の粒子や構造物からの力が作用しないようにする。ここで、粒子の中心が、粒子データ保存位置３０１を通過したときの当該粒子の情報（粒子の保存情報）を記憶する。その後、粒子の中心が、計算対象除外位置３０２を通過すると、当該粒子を計算対象から除外する。粒子データ読み込み処理において、粒子の保存情報に基づき、粒子データ発生位置４０２に粒子を順次発生させ、粒子の中心が、計算対象位置４０１を通過するまでは、当該粒子を等速直線運動させ、当該粒子には他の粒子や構造物からの力が作用しないようにする。その後、粒子の中心が、計算対象位置４０１を通過すると、通常通り、ＤＥＭによる計算をする。
以上のように、ベルレス式高炉の領域を分割し、分割した領域毎に個別に粒子の挙動を解析することによって、大規模な設備における粒子の挙動をＤＥＭによって解析する場合に、メモリの使用量を削減することができ、解析時間を短縮することができる。
また、粒子データ保存位置３０１で粒子を計算対象から除外したり、計算対象位置４０１で粒子を発生させたりすると、そのことによって、当該粒子に接触する粒子の挙動に影響を与え、実際の粒子の挙動を正確に反映したものでなくなる虞がある。これに対し、本実施形態では、粒子データ保存位置３０１を通過しても粒子を計算対象から除外しないようにすると共に、計算対象位置４０１よりも前の粒子データ発生位置４０２で粒子を発生させ、当該粒子に接触する粒子にだけ力を作用させ、当該粒子には力を作用させない。したがって、大規模な設備における粒子の挙動をＤＥＭによって可及的に正確に解析することができる。
【００６４】
（変形例）
本実施形態では、ベルレス式高炉の領域を、下部流調ゲート６で分割するようにしたが、分割する場所は、下部流調ゲート６に限定されない。例えば、ベルレス式高炉の領域を、ベルトコンベア１で分割するようにしてもよい。また、ベルレス式高炉の領域を、３つ以上の領域に分割するようにしてもよい。
また、本実施形態では、等速直線運動領域を設定し、等速直線運動領域では粒子が等速直線運動をするようにしたが、これらの領域での粒子の運動を把握することができれば、必ずしも、これらの領域で粒子が等速直線運動をしなくてもよい。例えば、重力加速度で粒子が加速するようにしてもよい。
【００６５】
また、本実施形態では、粒子の中心が、粒子データ保存位置３０１、計算対象除外位置３０２、計算対象位置４０１、粒子データ発生位置４０２を通過したか否かを判定するようにしたが、粒子の所定の位置が通過したか否かを判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、粒子の下端部が通過したか否かを判定するようにしてもよい。
また、本実施形態では、粒子の保存情報として、通過時間を記憶するようにした。この通過時間は、時刻そのものでなくてもよい。例えば、通過時間は、図６−２のステップＳ２０の繰り返し数であってもよい。
【００６６】
また、本実施形態では、粒子データ保存位置３０１と計算対象位置４０１とを同じ位置（下部流調ゲート６）にしたが、これらは同じ位置である必要はなく、計算対象位置４０１を任意の位置に設定することができる。
また、本実施形態では、高炉における焼結鉱の挙動を解析する場合を例に挙げて説明したが、解析対象となる粒子は焼結鉱に限定されない。また、解析する領域は、高炉に限定されない。例えば、電子写真プロセスにおけるトナー粒子の挙動を解析するようにしてもよい。
【００６７】
尚、本実施形態では、例えば、領域設定部１０４を用いることにより第１の領域設定手段が実現される。ここで、ベルレス式高炉の下側の領域が、粒子の進行方向における前方側の領域の一例であり、粒子データ保存処理で設定される等速直線運動領域（図３を参照）が、第１の運動領域の一例である。また、例えば、領域設定部１０５を用いることにより第２の領域設定手段が実現される。ここで、ベルレス式高炉の上側の領域が、粒子の進行方向における後方側の領域の一例であり、粒子データ読み込み処理で設定される等速直線運動領域（図４を参照）が、第２の運動領域の一例である。また、例えば、粒子挙動解析部１０６を用いることにより粒子挙動解析手段が実現される。
具体的に、例えば、粒子挙動解析部１０６が、ステップＳ７の処理を行うことにより、第１の判定手段が実現される。また、例えば、粒子挙動解析部１０６が、ステップＳ９の処理を行うことにより、記憶手段が実現される。また、例えば、粒子挙動解析部１０６が、ステップＳ１０の処理を行うことにより、第２の判定手段が実現される。また、例えば、粒子挙動解析部１０６が、ステップＳ１５、Ｓ１８の処理を行うことにより、第１の移動手段が実現される。また、例えば、粒子挙動解析部１０６が、ステップＳ１１の処理を行うことにより、除外手段が実現される。
また、例えば、粒子挙動解析部１０６が、ステップＳ３５、Ｓ５１の処理を行うことにより、粒子発生手段が実現される。また、例えば、粒子挙動解析部１０６が、ステップＳ３５、Ｓ５１の処理を行うことにより、読み出し手段が実現される。また、例えば、粒子挙動解析部１０６が、ステップＳ３８の処理を行うことにより、第３の判定手段が実現される。また、例えば、粒子挙動解析部１０６が、ステップＳ４３、Ｓ４６の処理を行うことにより、第２の移動手段が実現される。
また、設備の相対的に上工程の領域に対して解析することがオペレータによって指示されることは、例えば、解析形態指定部１０１により、粒子データ保存処理を行うことが指定されることにより実現される。また、設備の相対的に下工程の領域に対して解析することがオペレータによって指示されることは、例えば、解析形態指定部１０１により、粒子データ読み込み処理を行うことが指定されることにより実現される。
【００６８】
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、プログラムをコンピュータに供給するための手段、例えばかかるプログラムを記録したＣＤ−ＲＯＭ等のコンピュータ読み取り可能な記録媒体、又はかかるプログラムを伝送する伝送媒体も本発明の実施の形態として適用することができる。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などのプログラムプロダクトも本発明の実施の形態として適用することができる。前記のプログラム、コンピュータ読み取り可能な記録媒体、伝送媒体及びプログラムプロダクトは、本発明の範疇に含まれる。
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。
【符号の説明】
【００６９】
１ ベルトコンベア
２ 切替シュート
３ 固定ホッパー
４ 上部流調ゲート
５ 貯留ホッパー
６ 下部流調ゲート
７ 高炉本体
８ 旋回シュート
１００ 粒子挙動解析装置
１０１ 解析形態指定部
１０２ 粒子情報取得部
１０３ 高炉情報取得部
１０４ 領域設定部
１０５ 領域設定部
１０６ 粒子挙動解析部
１０７ 粒子挙動表示部
３０１ 粒子データ保存位置
３０２ 計算対象除外位置
４０１ 計算対象位置
４０２ 粒子データ発生位置
【技術分野】
【０００１】
本発明は、粒子挙動解析装置、粒子挙動解析方法、及びコンピュータプログラムに関し、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。
【背景技術】
【０００２】
従来から、ＤＥＭを用いて、粒子の挙動を解析することが行われている。
特許文献１では、コンベアベルトにより搬送される石炭や鉱石等の搬送物の挙動を解析するようにしている。この際、特許文献１では、ベルト搬送面の一部や案内板等、搬送物の挙動に直接的に影響する部分だけを記述して解析するようにしている。
また、特許文献２では、電子写真プロセスにおけるトナー粒子の挙動を解析するようにしている。この際、特許文献２では、解析領域を分割した領域内の代表的なトナー粒子（代表粒子）として、当該領域内において、他の粒子又は壁に接触している粒子のうちの所定割合の粒子を抽出する。そして、抽出した代表粒子を移動させようとする作用力が、当該代表粒子を保持しようとする作用力を上回る場合に、当該代表粒子を移動粒子とし、この移動粒子が所定割合以上となる領域についてのみ粒子の挙動を計算し、その他の領域の粒子の挙動を計算しないようにしている。
従来は、以上のようにしてＤＥＭにおける解析時間を短縮するようにしていた。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００１−１３９１１６号公報
【特許文献２】特開２００７−２６２４５３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、例えば、鉄鋼業における製銑工程では、コークスや鉄鉱石（焼結鉱等）はベルトコンベアで高炉に運ばれ、所定の炉頂ホッパーに装入される。そして、ベルレス式高炉の場合、ホッパーに装入されたコークスや鉄鉱石は、高炉本体内にある旋回シュートに装入され、旋回シュートから高炉本体内に堆積される。このようなベルレス式高炉において、例えば、旋回シュートの傾動角のみを変えて、コークスや鉄鉱石の挙動を解析することがある。
しかしながら、従来の技術では、このような場合であっても、高炉の全工程にわたって、コークスや鉄鉱石の挙動を解析しなければならなかった。したがって、大規模な設備における粒子の挙動をＤＥＭによって解析する場合には、解析時間を十分に短縮することができないという問題点があった。
【０００５】
本発明は、以上の問題点に鑑みてなされたものであり、大規模な設備における粒子の挙動をＤＥＭによって解析する場合の解析時間を短縮しつつ、可及的に正確に粒子の挙動を解析できるようにすることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の粒子挙動解析装置は、設備における複数の粒子の挙動を、離散要素法を用いて解析する粒子挙動解析装置であって、前記設備の所定の領域を粒子データ保存位置とすると共に、前記粒子データ保存位置よりも前記粒子の進行方向における前方側の領域を計算対象除外位置とし、前記粒子データ保存位置から前記計算対象除外位置までの領域を第１の運動領域として設定する第１の領域設定手段と、前記設備の所定の領域を計算対象位置とすると共に、前記計算対象位置よりも前記粒子の進行方向における後方側の領域を粒子データ発生位置とし、前記粒子データ発生位置から前記計算対象位置までの領域を第２の運動領域として設定する第２の領域設定手段と、前記複数の粒子の挙動を、離散要素法を用いて解析する粒子挙動解析手段と、を有し、前記粒子挙動解析手段は、前記粒子が前記粒子データ保存位置を通過したか否かを判定する第１の判定手段と、前記第１の判定手段により、前記粒子が前記粒子データ保存位置を通過したと判定されると、当該粒子の位置、並進速度及び回転速度と、当該粒子と接触している粒子の識別情報と、当該粒子及び当該粒子に接触している粒子の間に作用している力と、通過時間を示す情報とを含む情報を、粒子の保存情報として記憶する記憶手段と、前記粒子が前記計算対象除外位置を通過したか否かを判定する第２の判定手段と、前記粒子が、前記粒子データ保存位置を通過してから前記計算対象除外位置を通過するまでの間に、当該粒子が前記粒子データ保存位置を通過していない他の粒子と接触している場合、当該粒子に作用する力を計算せずに、当該粒子が所定の運動を行うものとして当該粒子を移動させると共に、当該粒子から当該他の粒子に作用する力を計算し、計算した力に基づいて当該他の粒子を移動させる第１の移動手段と、前記第２の判定手段により、前記粒子が前記計算対象除外位置を通過したと判定されると、当該粒子を離散要素法による解析対象から除外する除外手段と、前記第１の運動領域における全ての粒子の挙動が解析された後に、前記粒子の保存情報に含まれる通過時間に基づいて、前記粒子データ発生位置に粒子を発生させる粒子発生手段と、前記粒子発生手段により発生された粒子の保存情報のうち、当該粒子の位置、並進速度及び回転速度と、当該粒子と接触している粒子の識別情報と、当該粒子及び当該粒子に接触している粒子の間に作用している力とを読み出す読み出し手段と、前記粒子が前記計算対象位置を通過したか否かを判定する第３の判定手段と、前記粒子が、前記粒子データ発生位置を通過してから前記計算対象位置を通過するまでの間に、当該粒子が前記計算対象位置を通過した他の粒子と接触している場合、当該粒子に作用する力を計算せずに、当該粒子が所定の運動を行うものとして当該粒子を、前記読み出し手段により読み出された当該粒子の保存情報に基づいて移動させると共に、当該粒子から当該他の粒子に作用する力を計算し、計算した力に基づいて当該他の粒子を移動させる第２の移動手段と、を更に有することを特徴とする。
【０００７】
本発明の粒子挙動解析方法は、設備における複数の粒子の挙動を、離散要素法を用いて解析する粒子挙動解析方法であって、前記設備の所定の領域を粒子データ保存位置とすると共に、前記粒子データ保存位置よりも前記粒子の進行方向における前方側の領域を計算対象除外位置とし、前記粒子データ保存位置から前記計算対象除外位置までの領域を第１の運動領域として設定する第１の領域設定工程と、前記設備の所定の領域を計算対象位置とすると共に、前記計算対象位置よりも前記粒子の進行方向における後方側の領域を粒子データ発生位置とし、前記粒子データ発生位置から前記計算対象位置までの領域を第２の運動領域として設定する第２の領域設定工程と、前記複数の粒子の挙動を、離散要素法を用いて解析する粒子挙動解析工程と、を有し、前記粒子挙動解析工程は、前記粒子が前記粒子データ保存位置を通過したか否かを判定する第１の判定工程と、前記第１の判定工程により、前記粒子が前記粒子データ保存位置を通過したと判定されると、当該粒子の位置、並進速度及び回転速度と、当該粒子と接触している粒子の識別情報と、当該粒子及び当該粒子に接触している粒子の間に作用している力と、通過時間を示す情報とを含む情報を、粒子の保存情報として記憶する記憶工程と、前記粒子が前記計算対象除外位置を通過したか否かを判定する第２の判定工程と、前記粒子が、前記粒子データ保存位置を通過してから前記計算対象除外位置を通過するまでの間に、当該粒子が前記粒子データ保存位置を通過していない他の粒子と接触している場合、当該粒子に作用する力を計算せずに、当該粒子が所定の運動を行うものとして当該粒子を移動させると共に、当該粒子から当該他の粒子に作用する力を計算し、計算した力に基づいて当該他の粒子を移動させる第１の移動工程と、前記第２の判定工程により、前記粒子が前記計算対象除外位置を通過したと判定されると、当該粒子を離散要素法による解析対象から除外する除外工程と、前記第１の運動領域における全ての粒子の挙動が解析された後に、前記粒子の保存情報に含まれる通過時間に基づいて、前記粒子データ発生位置に粒子を発生させる粒子発生工程と、前記粒子発生工程により発生された粒子の保存情報のうち、当該粒子の位置、並進速度及び回転速度と、当該粒子と接触している粒子の識別情報と、当該粒子及び当該粒子に接触している粒子の間に作用している力とを読み出す読み出し工程と、前記粒子が前記計算対象位置を通過したか否かを判定する第３の判定工程と、前記粒子が、前記粒子データ発生位置を通過してから前記計算対象位置を通過するまでの間に、当該粒子が前記計算対象位置を通過した他の粒子と接触している場合、当該粒子に作用する力を計算せずに、当該粒子が所定の運動を行うものとして当該粒子を、前記読み出し工程により読み出された当該粒子の保存情報に基づいて移動させると共に、当該粒子から当該他の粒子に作用する力を計算し、計算した力に基づいて当該他の粒子を移動させる第２の移動工程と、を更に有することを特徴とする。
【０００８】
本発明のコンピュータプログラムは、設備における複数の粒子の挙動を、離散要素法を用いて解析することをコンピュータに実行させるためのコンピュータプログラムであって、前記設備の所定の領域を粒子データ保存位置とすると共に、前記粒子データ保存位置よりも前記粒子の進行方向における前方側の領域を計算対象除外位置とし、前記粒子データ保存位置から前記計算対象除外位置までの領域を第１の運動領域として設定する第１の領域設定工程と、前記設備の所定の領域を計算対象位置とすると共に、前記計算対象位置よりも前記粒子の進行方向における後方側の領域を粒子データ発生位置とし、前記粒子データ発生位置から前記計算対象位置までの領域を第２の運動領域として設定する第２の領域設定工程と、前記複数の粒子の挙動を、離散要素法を用いて解析する粒子挙動解析工程と、をコンピュータに実行させ、前記粒子挙動解析工程は、前記粒子が前記粒子データ保存位置を通過したか否かを判定する第１の判定工程と、前記第１の判定工程により、前記粒子が前記粒子データ保存位置を通過したと判定されると、当該粒子の位置、並進速度及び回転速度と、当該粒子と接触している粒子の識別情報と、当該粒子及び当該粒子に接触している粒子の間に作用している力と、通過時間を示す情報とを含む情報を、粒子の保存情報として記憶媒体に記憶する記憶工程と、前記粒子が前記計算対象除外位置を通過したか否かを判定する第２の判定工程と、前記粒子が、前記粒子データ保存位置を通過してから前記計算対象除外位置を通過するまでの間に、当該粒子が前記粒子データ保存位置を通過していない他の粒子と接触している場合、当該粒子に作用する力を計算せずに、当該粒子が所定の運動を行うものとして当該粒子を移動させると共に、当該粒子から当該他の粒子に作用する力を計算し、計算した力に基づいて当該他の粒子を移動させる第１の移動工程と、前記第２の判定工程により、前記粒子が前記計算対象除外位置を通過したと判定されると、当該粒子を離散要素法による解析対象から除外する除外工程と、前記第１の運動領域における全ての粒子の挙動が解析された後に、前記粒子の保存情報に含まれる通過時間に基づいて、前記粒子データ発生位置に粒子を発生させる粒子発生工程と、前記粒子発生工程により発生された粒子の保存情報のうち、当該粒子の位置、並進速度及び回転速度と、当該粒子と接触している粒子の識別情報と、当該粒子及び当該粒子に接触している粒子の間に作用している力とを読み出す読み出し工程と、前記粒子が前記計算対象位置を通過したか否かを判定する第３の判定工程と、前記粒子が、前記粒子データ発生位置を通過してから前記計算対象位置を通過するまでの間に、当該粒子が前記計算対象位置を通過した他の粒子と接触している場合、当該粒子に作用する力を計算せずに、当該粒子が所定の運動を行うものとして当該粒子を、前記読み出し工程により読み出された当該粒子の保存情報に基づいて移動させると共に、当該粒子から当該他の粒子に作用する力を計算し、計算した力に基づいて当該他の粒子を移動させる第２の移動工程と、を更に有することを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、粒子データ保存位置で粒子の情報を保存し、当該粒子が計算対象除外位置を通過するまでは、所定の運動を行うものとして当該粒子を移動させる。このとき、当該粒子が粒子データ保存位置を通過していない他の粒子と接触している場合には、当該粒子に作用する力を計算しないが、当該他の粒子に作用する力は計算する。その後、粒子データ発生位置で粒子を発生させ、当該粒子が計算対象位置を通過するまでは、所定の運動を行うものとして当該粒子を移動させる。このとき、当該粒子が計算対象位置を通過した他の粒子と接触している場合には、当該粒子に作用する力を計算しないが、当該他の粒子に作用する力は計算する。したがって、設備の複数の領域毎に個別に粒子の挙動を解析することができると共に、粒子の消滅させるときや、粒子を発生させるときに、当該粒子に接触している他の粒子であって、ＤＥＭによる解析の対象となっている粒子が、当該粒子の消滅や発生によって影響を受けることを可及的に防止することができる。よって、大規模な設備における粒子の挙動をＤＥＭによって解析する場合の解析時間を短縮しつつ、可及的に正確に粒子の挙動を解析することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の実施形態を示し、ベルレス式高炉の概略構成の一例を模式的に示す図である。
【図２】本発明の実施形態を示し、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。
【図３】本発明の実施形態を示し、粒子データ保存処理で設定される等速直線運動領域の一例を概念的に示す図である。
【図４】本発明の実施形態を示し、粒子データ保存処理で設定される等速直線運動領域の一例を概念的に示す図である。
【図５】本発明の実施形態を示し、相互に接触している２つの粒子の様子の一例と、粒子の挙動の一例を概念的に示す図である。
【図６−１】本発明の実施形態を示し、粒子データ保存処理を行う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。
【図６−２】本発明の実施形態を示し、図６−１に続くフローチャートである。
【図７−１】本発明の実施形態を示し、粒子データ読み込み処理を行う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。
【図７−２】本発明の実施形態を示し、図７−１に続くフローチャートである。
【図８】本発明の実施形態を示し、解析時間の短縮効果の一例を表形式で示す図である。
【図９】本発明の実施形態を示し、ベルレス式高炉の模擬実験装置の構成の一例を示した図である。
【図１０】本発明の実施形態を示し、模擬実験の結果と解析の結果を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
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。本実施形態では、ベルレス式高炉における粒子の挙動を解析する場合を例に挙げて説明する。
図１は、ベルレス式高炉の概略構成の一例を模式的に示す図である。
図１において、ベルトコンベア１によって搬送されたコークスと鉄鉱石（焼結鉱等）は、切替シュート２を介して、一定の周期で固定ホッパー３ａ、３ｂに交互に装入される。本実施形態では、コークスは固定ホッパー３ａに装入され、鉄鉱石は固定ホッパー３ｂに装入されるものとする。
【００１２】
固定ホッパー３ａ、３ｂに装入されたコークスと鉄鉱石は、固定ホッパー３ａ、３ｂの下端部にある上部流調ゲート４ａ、４ｂの開度に応じて貯留ホッパー５に一定の周期で交互に装入される。貯留ホッパー５に装入されたコークス又は鉄鉱石は、貯留ホッパー５の下端部にある下部流調ゲート６の開度に応じて、高炉本体７内の頂部付近にある旋回シュート８に導かれ、旋回シュート８の動作に従って高炉本体７内に堆積される。このようにすることによって、高炉本体７内に、コークスの層と鉄鉱石の層とが高さ方向において交互に形成される。
【００１３】
旋回シュート８は、傾動角θ及び回転速度を変更することが可能な構成となっており、これらを変更して旋回シュート８を動作させることにより、コークスや鉄鉱石を、高炉本体７の円周方向において可及的に均一に堆積させることができる。
本実施形態では、ＤＥＭを用いた解析に際し、このようなベルレス式高炉の領域を、下部流調ゲート６で分割する。そして、下部流調ゲート６を通過したときの焼結鉱の挙動を、ＤＥＭを用いて解析して保存しておく。その後、下部流調ゲート６から旋回シュート８に装入された焼結鉱が高炉本体７内にどのように堆積するのかを、保存しておいた焼結鉱の挙動を基にＤＥＭを用いて解析する。本実施形態では、このようにすることによって、例えば、旋回シュート８の傾動角のみを変えた場合の焼結鉱の挙動を解析したい場合には、下部流調ゲート６までの焼結鉱の挙動を解析する回数を減らすことができる。
【００１４】
図２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。
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、及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）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。
【００１５】
（解析形態指定部１０１）
解析形態指定部１０１は、ユーザによるユーザインターフェースの操作に基づいて、高炉を分割した領域の何れの解析を行うのかを指定する。すなわち、図１に示す例では、解析形態指定部１０１は、固定ホッパー３ｂに装入されてから、下部流調ゲート６に到達するまでの焼結鉱の挙動を解析するのか、それとも、下部流調ゲート６から旋回シュート８に装入されて高炉本体７に堆積するまでの焼結鉱の挙動を解析するのかを指定する。以下の説明では、「固定ホッパー３ｂに装入されてから、下部流調ゲート６に到達するまでの焼結鉱の挙動を解析する」処理を必要に応じて「粒子データ保存処理」と称する。また、「下部流調ゲート６から旋回シュート８に装入されて高炉本体７に堆積するまでの焼結鉱の挙動を解析する」処理を必要に応じて「粒子データ読み込み処理」と称する。
解析形態指定部１０１は、例えば、ＣＰＵが、ユーザによるユーザインターフェースの操作の内容を識別し、当該操作の内容が、粒子データ保存処理及び粒子データ読み込み処理の何れに対応するのかを判断し、判断した結果をＲＡＭ等に記憶することにより実現される。
【００１６】
（粒子情報取得部１０２）
本実施形態では、解析対象となる焼結鉱を球形状と見なし、球形状の粒子の挙動を、ＤＥＭを用いて解析するようにしている。粒子情報取得部１０２は、この粒子に関する情報を取得する。尚、以下の説明では、「粒子に関する情報」を必要に応じて「粒子情報」と称する。具体的、粒子情報取得部１０２は、各粒子の質量及び大きさ（直径又は半径）の情報を粒子情報として取得する、また、粒子情報取得部１０２は、後述するようにして粒子に作用する力を求める際に必要となる物性値を粒子情報として取得する。本実施形態では、この物性値として、粒子の法線方向のばね定数Ｋn、粒子の法線方向の粘性定数ηn、粒子の摩擦係数μ、粒子のせん断方向のばね定数Ｋt、及び、粒子のせん断方向の粘性定数ηt、慣性モーメントＩが取得される。
以上のような粒子情報は、ユーザが、ユーザインターフェースを操作することにより入力されるようにしてもよいし、粒子挙動解析装置１００に装着された可搬型の記憶媒体から読み出されるようにしてもよい。すなわち、粒子情報は、粒子挙動解析装置１００の外部から取得されるようにしていれば、その取得の方法は、特に限定されるものではない。
粒子情報取得部１０２は、例えば、ＣＰＵが、ユーザによるユーザインターフェースの操作の内容から粒子情報を識別してＨＤＤ等に記憶したり、ＵＳＢメモリ等の記憶媒体から粒子情報を読み出してＨＤＤ等に記憶したりすることによって実現される。
【００１７】
（高炉情報取得部１０３）
高炉情報取得部１０３は、高炉に関する情報を取得する。尚、以下の説明では、「高炉に関する情報」を必要に応じて「高炉情報」と称する。具体的に、高炉情報取得部１０３は、高炉の各部の位置を示す座標の情報を高炉情報として取得する。また、高炉情報取得部１０３は、後述するようにして粒子に作用する力を求める際に必要となる物性値を高炉情報として取得する。本実施形態では、この物性値として、高炉の各部のヤング率やポアソン比等が取得される。
以上のような高炉情報は、ユーザが、ユーザインターフェースを操作することにより入力されるようにしてもよいし、粒子挙動解析装置１００に装着された可搬型の記憶媒体から読み出されるようにしてもよい。すなわち、高炉情報は、粒子挙動解析装置１００の外部から取得されるようにしていれば、その取得の方法は、特に限定されるものではない。
高炉情報取得部１０３は、例えば、ＣＰＵが、ユーザによるユーザインターフェースの操作の内容か高炉情報を識別してＨＤＤ等に記憶したり、ＵＳＢメモリ等の記憶媒体から高炉情報を読み出してＨＤＤ等に記憶したりすることによって実現される。尚、本実施形態で示す座標は、全て同一の３次元座標系であるものとする。
【００１８】
（領域設定部１０４）
領域設定部１０４は、解析形態指定部１０１によって、粒子データ保存処理を行うことが指定されると動作する。領域設定部１０４は、粒子情報取得部１０２により取得された粒子情報（粒子の大きさ）に基づいて、粒子径（大きさ）の最大値を取得する。また、領域設定部１０４は、高炉情報取得部１０３により取得された高炉情報（高炉の各部の位置を示す座標）に基づいて、下部流調ゲート６の座標を粒子データ保存位置の情報として取得する。そして、領域設定部１０４は、粒子径（大きさ）の最大値と、下部流調ゲート６の座標とに基づいて、等速直線運動領域を設定する。
【００１９】
図３は、粒子データ保存処理で設定される等速直線運動領域の一例を概念的に示す図である。
本実施形態では、図３に示すように、粒子データ保存位置３０１からその下方の計算対象除外位置３０２までの領域を、粒子が等速直線運動をする領域（等速直線運動領域）としている。ここで、粒子データ保存位置３０１から計算対象除外位置３０２までの最短距離はＬ1である。尚、図３では、等速直線運動領域を２次元の領域として示しているが、等速直線運動領域は実際には３次元の領域である。
【００２０】
本実施形態では、粒子データ保存処理において、固定ホッパー３ｂに装入されてから、下部流調ゲート６に到達するまでの焼結鉱の挙動を解析する。したがって、下部流調ゲート６を通過した粒子３１１については、その時点で消滅させ、計算対象から除外するということも考えられる。しかしながら、このようにすると、当該粒子３１１に接触している粒子３１２が受ける力は、粒子３１１が存在しなくなったことによって変化する。更に、粒子３１２に接触している粒子３１３が受ける力も変化する。このように、計算を終了させる位置（ここでは、下部流調ゲート６）を通過した粒子を、その時点で消滅させ、計算対象から除外すると、実際の粒子の挙動を正確に反映したものでなくなる虞がある。
【００２１】
そこで、本実施形態では、粒子の中心が、粒子データ保存位置３０１を通過するまでは、通常通り、ＤＥＭによる計算をする（粒子３１２〜３１５を参照）。
その後、粒子の中心が、粒子データ保存位置３０１を通過してから計算対象除外位置３０２を通過するまでの間は、当該粒子は等速直線運動をするものとする（粒子３１１、３１６を参照）。ここで、粒子の中心が、粒子データ保存位置３０１を通過したとき、そのときの「当該粒子の位置（座標）・並進速度・回転速度、当該粒子と接触している粒子の識別番号、当該粒子及び当該粒子に接触している粒子の間に作用している力（法線方向及びせん断方向の作用力）、通過時間」を記憶する。尚、以下の説明では、これら「粒子の位置・並進速度・回転速度、当該粒子と接触している粒子の番号、当該粒子及び当該粒子に接触している粒子の間に作用している力、通過時間」を必要に応じて「粒子の保存情報」と称する。
【００２２】
本実施形態では、ＤＥＭによる計算を行うに際し、等速直線運動外にある粒子３１２（粒子データ保存位置３０１を通過していない粒子３１２）に接触している「等速直線運動内にある粒子３１１」については、当該粒子３１２によって作用する力を計算しない。一方、等速直線運動内にある粒子３１１に接触している「等速直線運動外にある粒子３１２」については、当該粒子３１１によって作用する力を計算する。
そして、粒子の中心が、計算対象除外位置３０２を通過すると、当該粒子を消滅させ、計算対象から除外する（粒子３１７を参照）。
【００２３】
ここで、粒子データ保存位置３０１から計算対象除外位置３０２までの最短距離Ｌ1は、粒子径（大きさ）の最大値を超える長さであるとする。このようにすれば、計算対象除外位置３０２を通過した粒子３１７が、粒子データ保存位置３０１を通過していない粒子３１２〜３１５と接触することがなくなり、計算対象除外位置３０２を通過した粒子３１７が、粒子データ保存位置３０１を通過していない粒子３１２〜３１５に大きな影響を与えることがなくなるからである。
領域設定部１０４は、例えば、ＣＰＵが、ＨＤＤ等から、下部流調ゲート６の座標と、各粒子の粒子径（大きさ）とを読み出し、読み出した情報から、等速直線運動領域の座標を設定し、設定した座標をＲＡＭ等に記憶することによって実現される。
【００２４】
（領域設定部１０５）
領域設定部１０５は、解析形態指定部１０１によって、粒子データ読み込み処理を行うことが指定されると動作する。領域設定部１０５は、粒子情報取得部１０２により取得された粒子情報（粒子の大きさ）に基づいて、粒子径（大きさ）の最大値を取得する。また、領域設定部１０５は、高炉情報取得部１０３により取得された高炉情報（高炉の各部の位置を示す座標）に基づいて、下部流調ゲート６の座標を計算対象位置の情報として取得する。そして、領域設定部１０５は、粒子径（大きさ）の最大値と、下部流調ゲート６の座標とに基づいて、等速直線運動領域を設定する。
図４は、粒子データ読み込み処理で設定される等速直線運動領域の一例を概念的に示す図である。
本実施形態では、図４に示すように、計算対象位置４０１からその上方（焼結鉱の進行方向における後方側）の粒子データ発生位置４０２までの領域を、粒子が等速直線運動をする領域（等速直線運動領域）としている。ここで、計算対象位置４０１から粒子データ発生位置４０２までの最短距離はＬ2である。尚、図４でも、図３と同様に、等速直線運動領域を２次元の領域として示しているが、等速直線運動領域は実際には３次元の領域である。
【００２５】
本実施形態では、粒子データ読み込み処理において、下部流調ゲート６から旋回シュート８に装入され高炉本体７に堆積するまでの焼結鉱の挙動を解析する。したがって、下部流調ゲート６において、前述した粒子データ保存処理で保存した「粒子の保存情報」を読み出し、その情報に従って、粒子を順次発生させるようにすることも考えられる。しかしながら、このようにすると、例えば、図４の粒子４１１に接触している粒子４１２の影響を考慮して粒子４１１が受ける力を求めることができない。よって、実際の粒子の挙動を正確に反映したものでなくなる虞がある。
【００２６】
そこで、本実施形態では、計算対象位置４０１を通過するよりも前に粒子を発生させる。すなわち、粒子データ保存処理で保存した「粒子の保存情報」に含まれる通過時間に基づいて、早く保存した粒子から当該通過時間に基づく時間隔で、粒子を、粒子データ発生位置４０２であって、当該粒子の保存情報に示されている「粒子の位置を示す座標」に対応する位置に順次発生させる（粒子４１２、４１３を参照）。その後、粒子の中心が、計算対象位置４０１を通過するまでの間は、当該粒子は等速直線運動をするものとする（粒子４１２、４１３を参照）。このときの運動は、粒子の保存情報に含まれる並進速度及び回転速度で規定される。
【００２７】
その後、粒子の中心が、計算対象位置を通過すると、当該粒子を、通常通り、ＤＥＭによる計算を行う粒子とする（粒子４１１、４１４〜４１６を参照）。
本実施形態では、ＤＥＭによる計算を行うに際し、等速直線運動外にある粒子４１１（計算対象位置４０１を通過した粒子４１１）に接触している「等速直線運動内にある粒子４１２」については、当該粒子４１１によって作用する力を計算しない。一方、等速直線運動内にある粒子４１２に接触している「等速直線運動外にある粒子４１１」については、当該粒子４１２によって作用する力を計算する。
【００２８】
ここで、計算対象位置４０１から粒子データ発生位置４０２までの最短距離Ｌ2は、粒子径（大きさ）の最大値を超える長さであるとする。このようにすれば、計算対象位置４０１にある粒子４１１、４１４〜４１６に影響を与える可能性のある全ての粒子４１２、４１３を計算対象領域内に発生させることができるからである。
領域設定部１０５は、例えば、ＣＰＵが、ＨＤＤ等から、下部流調ゲート６の座標と、各粒子の粒子径（大きさ）とを読み出し、読み出した情報から、等速直線運動領域の座標を設定し、設定した座標をＲＡＭ等に記憶することによって実現される。
【００２９】
（粒子挙動解析部１０６）
粒子挙動解析部１０６は、粒子の挙動を、ＤＥＭを用いて解析する。
まず、粒子データ保存処理における粒子挙動解析部１０６の動作の一例について説明する。
粒子挙動解析部１０６は、粒子情報取得部１０２により取得された粒子情報と、高炉情報取得部１０３により取得された高炉情報と、ユーザによるユーザインターフェースの操作の内容（粒子の配置に関する情報）とに基づいて、各粒子を所望の位置に配置する。また、粒子挙動解析部１０６は、配置した各粒子に対し、粒子を識別する粒子番号を付与すると共に、各粒子のフラグの値として０を設定する。粒子のフラグの値が０であるということは、当該粒子は等速直線運動領域に入っていないことを示す。
【００３０】
そして、粒子挙動解析部１０６は、粒子が他の粒子や高炉内の構造物と接触しているか否かを判定する。
粒子が他の粒子や高炉内の構造物と接触している場合、粒子挙動解析部１０６は、法線方向及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行って、当該粒子に作用する力を求めることを各粒子のそれぞれについて行い、その結果に基づいて各粒子を移動させる。
【００３１】
粒子挙動解析部１０６は、このような接触判定処理と各粒子の移動処理とを所定の時間隔毎に行う。そして、その結果から各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、粒子が動くことになる。
【００３２】
具体的に、粒子挙動解析部１０６は、例えば、以下の（１）式により、粒子ｉ、ｊの接触領域における法線方向の反発力Ｆn,ijを求め、以下の（２）式により、粒子ｉ、ｊの接触領域におけるせん断方向の反発力Ｆt,ijを求め、以下の（３）式の並進の運動方程式を解き、以下の（４）式により回転の運動方程式を解く。
【００３３】
【数１】
【００３４】
図５は、相互に接触している２つの粒子５０１、５０２の様子の一例（図５（ａ））と、粒子５０３の挙動の一例（図５（ｂ））を概念的に示す図である。図５を参照しながら、（１）式から（４）式のパラメータを説明する。
（１）式において、Ｋnは、法線方向のばね定数であり、粒子情報取得部１０２により取得されるものである。ただし、Ｋnは、図５（ａ）の距離Ｈやδnに応じて設定することもできる。Δｕn,ijは、２つの粒子ｉ、ｊ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、粒子情報取得部１０２により取得されるものである。ｎij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。
【００３５】
（２）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、粒子情報取得部１０２により取得されるものである。ただし、μは、状態等に応じて異ならせることもできる。ｔij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、粒子情報取得部１０２により取得されるものである。ただし、Ｋtは、図５（ａ）の距離Ｈやδn、δtに応じて設定することができる。Δｕt,ijは、２つの粒子ｉ、ｊ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。Δφij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５（ａ）の粒子５０１の回転変位φiと粒子５０２の回転変位φj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、粒子情報取得部１０２により取得されるものである。Δｔは、所定の時間隔であり、予め設定されるものである。
尚、高炉情報取得部１０３によって取得される高炉情報に含まれるヤング率やポアソン比は、（１）式に示すＫn、ηnや、（２）式に示すＫt、ηtを決定する際に使用されるものである。
【００３６】
（３）式において、ｖは、解析用粒子の速度である（図５を参照）。ｖの上に付されている・は時間微分を表す。Ｆは、せん断方向及び法線方向の反発力の総和である。ｍは粒子の質量であり、粒子情報取得部１０２により取得されるものである。ｇは、重力加速度である。尚、粒子が他の粒子や構造物と接触していない場合、（３）式の右辺の第１項は０（ゼロ）になる。
（４）式において、ωは、粒子の角速度である（図５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、せん断方向及び法線方向の反発力Ｆn,ij、Ｆt,ijから求められる。Ｉは、慣性モーメントであり、粒子情報取得部１０２により取得されるものである。
【００３７】
尚、粒子の挙動を解析する手法（粒子挙動解析部１０６が実行する解析手法）は、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（１）式〜（４）式を用いた手法に限定されるものではない。
【００３８】
このようにして粒子を移動させた後、中心が粒子データ保存位置３０１を通過した粒子がある場合、粒子挙動解析部１０６は、当該粒子のフラグの値を０から１に変更する。粒子のフラグの値が１ということは、当該粒子は等速直線運動領域内にあるということを示す。そして、粒子挙動解析部１０６は、中心が粒子データ保存位置３０１を通過した時点における「粒子の保存情報」を記憶する。前述したように、粒子の保存情報は、粒子の位置・並進速度・回転速度、当該粒子と接触している粒子の番号、当該粒子及び当該粒子に接触している粒子の間に作用している力・通過時間である。
【００３９】
粒子挙動解析部１０６は、フラグの値が１の粒子については、前述した（１）〜（４）式の計算をしない。また、粒子挙動解析部１０６は、中心が粒子データ保存位置３０１を通過した時点における粒子の「位置を示す座標、並進速度」に基づいて、当該粒子を等速直線運動させて、フラグの値が１の粒子を移動させる。尚、フラグの値が１の粒子からフラグの値が０の粒子に作用する力は、フラグの値が１の粒子の保存情報（並進速度、回転速度、接触している粒子の番号、作用力）に基づいて計算される。
また、中心が計算対象除外位置３０２を通過した粒子がある場合、粒子挙動解析部１０６は、当該粒子のフラグの値を１から２に変更する。粒子のフラグの値が２ということは、当該粒子は計算対象から除外されたということを示す。したがって、フラグの値が２の粒子は存在しないものとして扱われる。
【００４０】
次に、粒子データ読み込み処理における粒子挙動解析部１０６の動作の一例について説明する。
まず、粒子挙動解析部１０６は、前述したように、粒子データ保存処理で保存した「粒子の保存情報」に含まれる通過時間に基づいて、早く保存した粒子から当該通過時間に基づく時間隔で、粒子を、粒子データ発生位置４０２に順次発生させる（粒子４１２、４１３を参照）。本実施形態では、粒子挙動解析部１０６は、粒子データ保存処理で一番早く保存した粒子の通過時間（粒子の保存情報に含まれる時間）を０として計時を行う。そして、粒子挙動解析部１０６は、発生対象となる粒子の通過時間から、粒子データ保存処理で一番早く保存した粒子の通過時間を減算した値が計時した時間に一致すると、当該発生対象となる粒子を発生させる。また、前述したように、粒子データ発生位置４０２は、粒子の保存情報に含まれている「粒子の位置（座標）」に対応する。
ここで、本実施形態では、粒子データ保存位置３０１と計算対象位置４０１とを同じ位置（下部流調ゲート６）にしているので、図３及び図４において、複数の粒子における「粒子データ保存位置３０１の通過時間の関係」と、当該複数の粒子における「計算対象位置４０１の通過時間の関係」とが同じになるように、粒子データ発生位置４０２に粒子を発生させるのが好ましい。例えば、１番目に保存した粒子の「粒子データ保存位置３０１の通過時間」と、２番目に保存した粒子の「粒子データ保存位置３０１の通過時間」との差がｔ秒であった場合、１番目に発生した粒子の「計算対象位置４０１の通過時間」と２番目に発生した粒子の「計算対象位置４０１の通過時間」との差もｔ秒とするのが好ましい。このようにするには、例えば、粒子データ保存位置３０１から計算対象除外位置３０２までの最短距離Ｌ1と、計算対象位置４０１から粒子データ発生位置４０２までの最短距離Ｌ2とを同じにし、且つ、粒子データ保存位置３０１から計算対象除外位置３０２までの等速直線運動領域と、計算対象位置４０１から粒子データ発生位置４０２までの等速直線運動領域における粒子の速度を同じにすればよい。
【００４１】
粒子挙動解析部１０６は、粒子データ発生位置４０２に発生させた粒子のフラグの値を１に設定する。粒子のフラグの値が１ということは、当該粒子は等速直線運動領域内にあるということを示す。粒子挙動解析部１０６は、フラグの値が１の粒子については、前述した（１）〜（４）式の計算をしない。また、粒子挙動解析部１０６は、中心が粒子データ保存位置３０１を通過した時点における粒子の保存情報（位置、並進速度）に基づいて、当該粒子を等速直線運動させて当該粒子を移動させる。その後、中心が計算対象位置４０１を通過した粒子がある場合、粒子挙動解析部１０６は、当該粒子のフラグの値を１から０に変更する。粒子のフラグの値が０であるということは、当該粒子は等速直線運動領域から出たことを示す。そして、粒子データ保存処理における「フラグの値が０の粒子の処理」と同様に、接触判定処理と、移動処理（（１）〜（４）式を参照）とを所定の時間隔毎に行い、その結果から各粒子の解析時間における挙動を得る。尚、前述したように、フラグの値が１の粒子からフラグの値が０の粒子に作用する力は、フラグの値が１の粒子の保存情報（並進速度、回転速度、接触している粒子の番号、作用力）に基づいて計算される。
【００４２】
粒子挙動解析部１０６は、例えば、ＣＰＵが、ＲＡＭ等から、等速直線運動領域の座標や粒子の情報を読み出すと共に、ＨＤＤ等から、粒子情報や高炉情報を読み出して前述した演算処理を実行し、実行した結果をＲＡＭ等に記憶することにより実現される。
【００４３】
（粒子挙動表示部１０７）
粒子挙動表示部１０７は、粒子挙動解析部１０６により解析された「各粒子の挙動」をディスプレイに表示する。
粒子挙動表示部１０７は、例えば、ＣＰＵが、ＨＤＤ等から、各粒子の挙動の解析結果の情報を読み出してディスプレイに表示するための処理を行い、ディスプレイが、解析対象時間における各粒子の挙動を表示することにより実現される。
【００４４】
（粒子挙動解析装置１００の動作フローチャート）
次に、図６のフローチャートを参照しながら、粒子データ保存処理を行う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、解析形態指定部１０１により粒子データ保存処理を行うことが指定されており、且つ、粒子情報取得部１０２により粒子情報が取得されており、且つ、高炉情報取得部１０３により高炉情報が取得されているものとして説明を行う。
まず、図６−１のステップＳ１において、領域設定部１０４は、粒子情報（粒子の大きさ）に基づいて、粒子径（大きさ）の最大値を取得する。
次に、ステップＳ２において、領域設定部１０４は、下部流調ゲート６の座標を粒子データ保存位置の情報として取得する。
次に、ステップＳ３において、領域設定部１０４は、ステップＳ１で取得された粒子径（大きさ）の最大値と、ステップＳ２で取得された下部流調ゲート６の座標とに基づいて、等速直線運動領域を設定する（図３を参照）。
【００４５】
次に、ステップＳ４において、粒子挙動解析部１０６は、粒子情報取得部１０２により取得された粒子情報と、高炉情報取得部１０３により取得された高炉情報と、ユーザによるユーザインターフェースの操作の内容（粒子の配置に関する情報）とに基づいて、各粒子を所望の位置に配置し、配置した各粒子に対し、粒子を識別する粒子番号を付与すると共に各粒子のフラグの値として０を設定する。
次に、ステップＳ５において、粒子挙動解析部１０６は、解析時間ｔをΔｔに設定する。このΔｔは、（１）式及び（２）式のΔｔに対応するものである。
次に、ステップＳ６において、粒子挙動解析部１０６は、未選択の粒子を１つ選択する。
【００４６】
次に、ステップＳ７において、粒子挙動解析部１０６は、ステップＳ６で選択した粒子の中心が、等速直線運動領域の粒子データ保存位置３０１を通過したか否かを判定する（図３を参照）。この判定の結果、ステップＳ６で選択した粒子の中心が、等速直線運動領域の粒子データ保存位置３０１を通過していない場合には、ステップＳ８、Ｓ９を省略して、後述するステップＳ１０に進む。一方、ステップＳ６で選択した粒子の中心が、等速直線運動領域の粒子データ保存位置３０１を通過した場合には、ステップＳ８に進む。
【００４７】
ステップＳ８に進むと、粒子挙動解析部１０６は、ステップＳ６で選択した粒子のフラグの値を０から１に変更する。
次に、ステップＳ９において、粒子挙動解析部１０６は、ステップＳ６で選択した粒子の保存情報を記憶する。前述したように、粒子の保存情報は、中心が粒子データ保存位置３０１を通過した時点における「粒子の位置・並進速度・回転速度、当該粒子と接触している粒子の番号、当該粒子及び当該粒子に接触している粒子の間に作用している力、通過時間」の情報である。
次に、ステップＳ１０において、粒子挙動解析部１０６は、ステップＳ６で選択した粒子の中心が、等速直線運動領域の計算対象除外位置３０２を通過したか否かを判定する（図３を参照）。この判定の結果、ステップＳ６で選択した粒子の中心が、等速直線運動領域の計算対象除外位置３０２を通過していない場合には、ステップＳ１１を省略して、後述する図６−２のステップＳ１２に進む。一方、ステップＳ６で選択した粒子の中心が、等速直線運動領域の計算対象除外位置３０２を通過した場合には、ステップＳ１１に進む。
ステップＳ１１に進むと、粒子挙動解析部１０６は、ステップＳ６で選択した粒子のフラグの値を１から２に変更する。
【００４８】
次に、図６−２のステップＳ１２において、粒子挙動解析部１０６は、ステップＳ６で選択した粒子が他の粒子や高炉内の構造物と接触しているか否かを判定する。この判定の結果、ステップＳ６で選択した粒子が他の粒子や高炉内の構造物と接触していない場合には、当該粒子に作用する力を計算しないので、ステップＳ１３〜Ｓ１６を省略して、後述するステップＳ１７に進む。一方、ステップＳ６で選択した粒子が他の粒子や高炉内の構造物と接触している場合には、ステップＳ１３に進む。
ステップＳ１３に進むと、粒子挙動解析部１０６は、ステップＳ６で選択した粒子の接触相手（粒子又は構造物）のうち未選択のものを１つ選択する。
次に、ステップＳ１４において、粒子挙動解析部１０６は、ステップＳ６で選択した粒子のフラグの値が０であるか否かを判定する。この判定の結果、ステップＳ６で選択した粒子のフラグの値が０ではない場合には、ステップＳ１３で選択した粒子からステップＳ６で選択した粒子に作用する力を計算しないので、ステップＳ１５の処理を省略して、後述するステップＳ１６に進む。一方、ステップＳ６で選択した粒子のフラグの値が０である場合には、ステップＳ１５に進む。
【００４９】
ステップＳ１５に進むと、粒子挙動解析部１０６は、ステップＳ６で選択した粒子に作用する力を（せん断方向及び法線方向の反発力）を（１）式及び（２）式により求め、その結果に基づいて、当該粒子の速度ｖを（３）式により、当該粒子の角速度ωを（４）式により、それぞれ求める。ここで、フラグの値が１の粒子からフラグの値が０の粒子に作用する力は、フラグの値が１の粒子の「並進速度、回転速度、作用力」に基づいて計算される。
次に、ステップＳ１６において、粒子挙動解析部１０６は、ステップＳ６で選択した粒子の接触相手（粒子又は構造物）を全て選択したか否かを判定する。この判定の結果、ステップＳ６で選択した粒子の接触相手（粒子又は構造物）を全て選択していない場合には、ステップＳ１３に戻る。一方、ステップＳ６で選択した粒子の接触相手（粒子又は構造物）を全て選択した場合には、ステップＳ１７に進む。
【００５０】
ステップＳ１７に進むと、粒子挙動解析部１０６は、ステップＳ４で配置した全ての粒子を選択したか否かを判定する。この判定の結果、全ての粒子を選択していない場合には、図６−１のステップＳ６に戻る。一方、全ての粒子を選択した場合には、ステップＳ１８に進む。ステップＳ１８に進むと、粒子挙動解析部１０６は、ステップＳ１５の計算の結果に基づいて、各粒子を移動させる。ここで、フラグの値として１が設定されている粒子については、等速直線運動させて当該粒子を移動させる。
次に、ステップＳ１９において、粒子挙動解析部１０６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、ユーザによるユーザインターフェースの操作に基づいて、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Ｓ２０に進み、粒子挙動解析部１０６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、図６−１のステップＳ６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Ｓ２１に進み、粒子挙動表示部１０７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。そして、図６のフローチャートによる処理を終了する。
【００５１】
次に、図７のフローチャートを参照しながら、粒子データ読み込み処理を行う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、解析形態指定部１０１により粒子データ読み込み処理を行うことが指定されており、且つ、粒子情報取得部１０２により粒子情報が取得されており、且つ、高炉情報取得部１０３により高炉情報が取得されているものとして説明を行う。
まず、図７−１のステップＳ３１において、領域設定部１０５は、粒子情報（粒子の大きさ）に基づいて、粒子径（大きさ）の最大値を取得する。
次に、ステップＳ３２において、領域設定部１０５は、下部流調ゲート６の座標を計算対象位置の情報として取得する。
次に、ステップＳ３３において、領域設定部１０５は、ステップＳ３１で取得された粒子径（大きさ）の最大値と、ステップＳ３２で取得された下部流調ゲート６の座標とに基づいて、等速直線運動領域を設定する。
【００５２】
次に、ステップＳ３４において、粒子挙動解析部１０６は、解析時間ｔをΔｔに設定する。このΔｔは、（１）式及び（２）式のΔｔに対応するものである。
次に、ステップＳ３５において、粒子挙動解析部１０６は、図６−１のステップＳ９で保存した「粒子の保存情報」に含まれる通過時間が最も早い粒子を、粒子データ発生位置４０２のうち、当該粒子の保存情報に含まれている「粒子の位置（座標）」に対応する位置に発生させる（図４を参照）。このとき、粒子挙動解析部１０６は、発生させた粒子の保存情報のうち、粒子の位置・並進速度・回転速度、当該粒子と接触している粒子の番号、当該粒子及び当該粒子に接触している粒子の間に作用している力の情報を読み出す。
次に、ステップＳ３６において、粒子挙動解析部１０６は、発生させた粒子のフラグの値として１を設定する。
次に、ステップＳ３７において、粒子挙動解析部１０６は、未選択の粒子を１つ選択する。
【００５３】
次に、ステップＳ３８において、粒子挙動解析部１０６は、ステップＳ３７で選択した粒子の中心が、等速直線運動領域の計算対象位置４０１を通過したか否かを判定する（図４を参照）。この判定の結果、ステップＳ３７で選択した粒子の中心が、等速直線運動領域の計算対象位置４０１を通過していない場合には、ステップＳ３９を省略して後述する図７−２のステップＳ４０に進む。
一方、ステップＳ３７で選択した粒子の中心が、等速直線運動領域の計算対象位置４０１を通過した場合には、ステップＳ３９に進む。ステップＳ３９に進むと、粒子挙動解析部１０６は、ステップＳ３７で選択した粒子のフラグの値を１から０に変更する。
【００５４】
次に、図７−２のステップＳ４０において、粒子挙動解析部１０６は、ステップＳ３７で選択した粒子が他の粒子や高炉内の構造物と接触しているか否かを、当該粒子の保存情報等に基づいて判定する。この判定の結果、ステップＳ３７で選択した粒子が他の粒子や高炉内の構造物と接触していない場合には、当該粒子に作用する力を計算しないので、ステップＳ４１〜Ｓ４４を省略して、後述するステップＳ４５に進む。一方、ステップＳ３７で選択した粒子が他の粒子や高炉内の構造物と接触している場合には、ステップＳ４１に進む。
ステップＳ４１に進むと、粒子挙動解析部１０６は、ステップＳ３７で選択した粒子の接触相手（粒子又は構造物）のうち未選択のものを１つ選択する。
次に、ステップＳ４２において、粒子挙動解析部１０６は、ステップＳ３７で選択した粒子のフラグの値が０であるか否かを判定する。この判定の結果、ステップＳ３７で選択した粒子のフラグの値が０ではない場合には、ステップＳ４１で選択した粒子からステップＳ３７で選択した粒子に作用する力を計算しないので、ステップＳ４３の処理を省略して、後述するステップＳ４４に進む。一方、ステップＳ３７で選択した粒子のフラグの値が０である場合には、ステップＳ４３に進む。
【００５５】
ステップＳ４３に進むと、粒子挙動解析部１０６は、ステップＳ３７で選択した粒子に作用する力を（せん断方向及び法線方向の反発力）を（１）式及び（２）式により求め、その結果に基づいて、当該粒子の速度ｖを（３）式により、当該粒子の角速度ωを（４）式により、それぞれ求める。ここで、フラグの値が１の粒子からフラグの値が０の粒子に作用する力は、フラグの値が１の粒子の保存情報（並進速度、回転速度、接触している粒子の番号、作用力）に基づいて計算される。
次に、ステップＳ４４において、粒子挙動解析部１０６は、ステップＳ３７で選択した粒子の接触相手（粒子又は構造物）を全て選択したか否かを判定する。この判定の結果、ステップＳ６で選択した粒子の接触相手（粒子又は構造物）を全て選択していない場合には、ステップＳ４１に戻る。一方、ステップＳ３７で選択した粒子の接触相手（粒子又は構造物）を全て選択した場合には、ステップＳ４５に進む。
【００５６】
ステップＳ４５に進むと、粒子挙動解析部１０６は、発生している全ての粒子を選択したか否かを判定する。この判定の結果、全ての粒子を選択していない場合には、図７−１のステップＳ３７に戻る。一方、全ての粒子を選択した場合には、ステップＳ４６に進む。ステップＳ４６に進むと、粒子挙動解析部１０６は、ステップＳ４３の計算の結果に基づいて、各粒子を移動させる。ここで、フラグの値として１が設定されている粒子については、粒子の保存情報（位置、並進速度）に基づいて、等速直線運動させることにより当該粒子を移動させる。
次に、ステップＳ４７において、粒子挙動解析部１０６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。この判定の結果、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Ｓ４８に進み、粒子挙動表示部１０７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。そして、図７のフローチャートによる処理を終了する。
【００５７】
一方、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Ｓ４９に進む。ステップＳ４９に進むと、粒子挙動解析部１０６は、解析時間ｔをΔｔだけ進めて解析時間ｔを更新する。
次に、ステップＳ５０において、粒子挙動解析部１０６は、図６−１のステップＳ９で保存した「粒子の保存情報」に含まれる通過時間に基づいて、粒子を発生させるタイミングであるか否かを判定する。前述したように、本実施形態では、粒子挙動解析部１０６は、図７−１のステップＳ３５で一番早く保存した粒子の通過時間を０として計時を行い、発生対象となる粒子の通過時間から、粒子データ保存処理で一番早く保存した粒子の通過時間を減算した値が計時した時間に一致すると、当該発生対象となる粒子を発生させるタイミングであると判定する。
【００５８】
この判定の結果、粒子を発生させるタイミングでない場合には、図７−１のステップＳ３７に戻る。一方、粒子を発生させるタイミングである場合には、ステップＳ５１に進む。ステップＳ５１に進むと、粒子挙動解析部１０６は、ステップＳ５０で発生させるタイミングであると判定された粒子を、粒子データ発生位置４０２のうち、当該粒子の保存情報に含まれている「粒子の位置（座標）」に対応する位置に発生させる（図４を参照）。このとき、粒子挙動解析部１０６は、発生させた粒子の保存情報を読み出す。そして、図７−１のステップＳ３６に戻る。
【００５９】
（解析時間の短縮について）
図８は、本実施形態のようにして、ベルレス式高炉の領域を下部流調ゲート６で分割して焼結鉱の挙動を解析した場合の解析時間の短縮効果の一例を表形式で示す図である。
図８において、Ａは、固定ホッパー３ｂに装入されてから、下部流調ゲート６に到達するまでの焼結鉱の挙動を解析する際の計算負荷（粒子データ保存処理の計算負荷）を示す。Ｘは、粒子データ保存処理の処理水準数を示す。Ｂは、下部流調ゲート６から旋回シュート８に装入され高炉本体７に堆積するまでの焼結鉱の挙動を解析する際の計算負荷（粒子データ読み込み処理の計算負荷）を示す。Ｙは、粒子データ読み込み処理の処理水準数を示す。
例えば、図８の１行目に示すように、ベルレス式高炉の領域を分割せずに焼結鉱の挙動を解析した場合、全体で１２０（＝（１０＋２）×１０）の計算負荷が生じる。これに対し、本実施形態のように、ベルレス式高炉の領域を下部流調ゲート６で分割して焼結鉱の挙動を解析した場合、３０（＝（１０×１）＋（２×１０））の計算負荷が生じる。よって、計算負荷は、ベルレス式高炉の領域を分割しない場合の４分の１になる（すなわち、解析時間を４倍高速化することができる）。
【００６０】
（解析結果の妥当性について）
図９は、ベルレス式高炉の模擬実験装置の構成の一例を示した図である。尚、図９では、表記の都合上、ベルレス式高炉の模擬実験装置の構成を簡略化して示している。
図９において、ベルレス式高炉の模擬実験装置は、固定ホッパー３ｂ及び貯留ホッパー５を模した模擬ホッパー９１と、旋回シュート８を模した模擬旋回シュート９２と、高炉本体７を模した模擬高炉９３とを有する。
ここでは、焼結鉱の挙動を調べるために、以下の条件で模擬実験を行った。
焼結鉱１個の大きさ：３ｍｍ〜５ｍｍ
焼結鉱全体の重さ：１０ｋｇ
焼結鉱の密度：３３００ｋｇ／ｍ3
模擬ホッパー９１の出口の高さＨ：６００ｍｍ
模擬旋回シュート９２の傾動角θ：４０°
模擬高炉９３の大きさ：幅３６０ｍｍ、奥行１６０ｍｍ
【００６１】
また、以下の条件で、本実施形態の粒子挙動解析装置１００により焼結鉱の挙動を解析した。
試料、装置の条件：模擬実験と同じ
分割位置：模擬ホッパー９１の最下部９４
Δｔ：７．５×１０-7ｓｅｃ
Ｌ1、Ｌ2：６ｍｍ（＝焼結鉱の最大径（＝５ｍｍ）の１．２倍）
【００６２】
図１０は、模擬実験の結果（図１０（ａ））と解析の結果（図１０（ｂ））を示す図である。
図１０（ａ）に示す模擬実験の結果では、焼結鉱の傾斜角度は３５．５°となった。一方、図１０（ｂ）に示す解析の結果では、焼結鉱の傾斜角度は３５．９°となった。このように、本実施形態のようにして解析を行うと、粒子の挙動を可及的に正確に解析することができることが分かる。
【００６３】
（まとめ）
以上のように本実施形態では、粒子データ保存処理において、粒子の中心が、粒子データ保存位置３０１を通過するまでは、通常通り、ＤＥＭによる計算をする。その後、粒子の中心が、計算対象除外位置３０２を通過するまでは、当該粒子を等速直線運動させ、当該粒子には他の粒子や構造物からの力が作用しないようにする。ここで、粒子の中心が、粒子データ保存位置３０１を通過したときの当該粒子の情報（粒子の保存情報）を記憶する。その後、粒子の中心が、計算対象除外位置３０２を通過すると、当該粒子を計算対象から除外する。粒子データ読み込み処理において、粒子の保存情報に基づき、粒子データ発生位置４０２に粒子を順次発生させ、粒子の中心が、計算対象位置４０１を通過するまでは、当該粒子を等速直線運動させ、当該粒子には他の粒子や構造物からの力が作用しないようにする。その後、粒子の中心が、計算対象位置４０１を通過すると、通常通り、ＤＥＭによる計算をする。
以上のように、ベルレス式高炉の領域を分割し、分割した領域毎に個別に粒子の挙動を解析することによって、大規模な設備における粒子の挙動をＤＥＭによって解析する場合に、メモリの使用量を削減することができ、解析時間を短縮することができる。
また、粒子データ保存位置３０１で粒子を計算対象から除外したり、計算対象位置４０１で粒子を発生させたりすると、そのことによって、当該粒子に接触する粒子の挙動に影響を与え、実際の粒子の挙動を正確に反映したものでなくなる虞がある。これに対し、本実施形態では、粒子データ保存位置３０１を通過しても粒子を計算対象から除外しないようにすると共に、計算対象位置４０１よりも前の粒子データ発生位置４０２で粒子を発生させ、当該粒子に接触する粒子にだけ力を作用させ、当該粒子には力を作用させない。したがって、大規模な設備における粒子の挙動をＤＥＭによって可及的に正確に解析することができる。
【００６４】
（変形例）
本実施形態では、ベルレス式高炉の領域を、下部流調ゲート６で分割するようにしたが、分割する場所は、下部流調ゲート６に限定されない。例えば、ベルレス式高炉の領域を、ベルトコンベア１で分割するようにしてもよい。また、ベルレス式高炉の領域を、３つ以上の領域に分割するようにしてもよい。
また、本実施形態では、等速直線運動領域を設定し、等速直線運動領域では粒子が等速直線運動をするようにしたが、これらの領域での粒子の運動を把握することができれば、必ずしも、これらの領域で粒子が等速直線運動をしなくてもよい。例えば、重力加速度で粒子が加速するようにしてもよい。
【００６５】
また、本実施形態では、粒子の中心が、粒子データ保存位置３０１、計算対象除外位置３０２、計算対象位置４０１、粒子データ発生位置４０２を通過したか否かを判定するようにしたが、粒子の所定の位置が通過したか否かを判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、粒子の下端部が通過したか否かを判定するようにしてもよい。
また、本実施形態では、粒子の保存情報として、通過時間を記憶するようにした。この通過時間は、時刻そのものでなくてもよい。例えば、通過時間は、図６−２のステップＳ２０の繰り返し数であってもよい。
【００６６】
また、本実施形態では、粒子データ保存位置３０１と計算対象位置４０１とを同じ位置（下部流調ゲート６）にしたが、これらは同じ位置である必要はなく、計算対象位置４０１を任意の位置に設定することができる。
また、本実施形態では、高炉における焼結鉱の挙動を解析する場合を例に挙げて説明したが、解析対象となる粒子は焼結鉱に限定されない。また、解析する領域は、高炉に限定されない。例えば、電子写真プロセスにおけるトナー粒子の挙動を解析するようにしてもよい。
【００６７】
尚、本実施形態では、例えば、領域設定部１０４を用いることにより第１の領域設定手段が実現される。ここで、ベルレス式高炉の下側の領域が、粒子の進行方向における前方側の領域の一例であり、粒子データ保存処理で設定される等速直線運動領域（図３を参照）が、第１の運動領域の一例である。また、例えば、領域設定部１０５を用いることにより第２の領域設定手段が実現される。ここで、ベルレス式高炉の上側の領域が、粒子の進行方向における後方側の領域の一例であり、粒子データ読み込み処理で設定される等速直線運動領域（図４を参照）が、第２の運動領域の一例である。また、例えば、粒子挙動解析部１０６を用いることにより粒子挙動解析手段が実現される。
具体的に、例えば、粒子挙動解析部１０６が、ステップＳ７の処理を行うことにより、第１の判定手段が実現される。また、例えば、粒子挙動解析部１０６が、ステップＳ９の処理を行うことにより、記憶手段が実現される。また、例えば、粒子挙動解析部１０６が、ステップＳ１０の処理を行うことにより、第２の判定手段が実現される。また、例えば、粒子挙動解析部１０６が、ステップＳ１５、Ｓ１８の処理を行うことにより、第１の移動手段が実現される。また、例えば、粒子挙動解析部１０６が、ステップＳ１１の処理を行うことにより、除外手段が実現される。
また、例えば、粒子挙動解析部１０６が、ステップＳ３５、Ｓ５１の処理を行うことにより、粒子発生手段が実現される。また、例えば、粒子挙動解析部１０６が、ステップＳ３５、Ｓ５１の処理を行うことにより、読み出し手段が実現される。また、例えば、粒子挙動解析部１０６が、ステップＳ３８の処理を行うことにより、第３の判定手段が実現される。また、例えば、粒子挙動解析部１０６が、ステップＳ４３、Ｓ４６の処理を行うことにより、第２の移動手段が実現される。
また、設備の相対的に上工程の領域に対して解析することがオペレータによって指示されることは、例えば、解析形態指定部１０１により、粒子データ保存処理を行うことが指定されることにより実現される。また、設備の相対的に下工程の領域に対して解析することがオペレータによって指示されることは、例えば、解析形態指定部１０１により、粒子データ読み込み処理を行うことが指定されることにより実現される。
【００６８】
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、プログラムをコンピュータに供給するための手段、例えばかかるプログラムを記録したＣＤ−ＲＯＭ等のコンピュータ読み取り可能な記録媒体、又はかかるプログラムを伝送する伝送媒体も本発明の実施の形態として適用することができる。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などのプログラムプロダクトも本発明の実施の形態として適用することができる。前記のプログラム、コンピュータ読み取り可能な記録媒体、伝送媒体及びプログラムプロダクトは、本発明の範疇に含まれる。
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。
【符号の説明】
【００６９】
１ ベルトコンベア
２ 切替シュート
３ 固定ホッパー
４ 上部流調ゲート
５ 貯留ホッパー
６ 下部流調ゲート
７ 高炉本体
８ 旋回シュート
１００ 粒子挙動解析装置
１０１ 解析形態指定部
１０２ 粒子情報取得部
１０３ 高炉情報取得部
１０４ 領域設定部
１０５ 領域設定部
１０６ 粒子挙動解析部
１０７ 粒子挙動表示部
３０１ 粒子データ保存位置
３０２ 計算対象除外位置
４０１ 計算対象位置
４０２ 粒子データ発生位置
【特許請求の範囲】
【請求項１】
設備における複数の粒子の挙動を、離散要素法を用いて解析する粒子挙動解析装置であって、
前記設備の所定の領域を粒子データ保存位置とすると共に、前記粒子データ保存位置よりも前記粒子の進行方向における前方側の領域を計算対象除外位置とし、前記粒子データ保存位置から前記計算対象除外位置までの領域を第１の運動領域として設定する第１の領域設定手段と、
前記設備の所定の領域を計算対象位置とすると共に、前記計算対象位置よりも前記粒子の進行方向における後方側の領域を粒子データ発生位置とし、前記粒子データ発生位置から前記計算対象位置までの領域を第２の運動領域として設定する第２の領域設定手段と、
前記複数の粒子の挙動を、離散要素法を用いて解析する粒子挙動解析手段と、を有し、
前記粒子挙動解析手段は、
前記粒子が前記粒子データ保存位置を通過したか否かを判定する第１の判定手段と、
前記第１の判定手段により、前記粒子が前記粒子データ保存位置を通過したと判定されると、当該粒子の位置、並進速度及び回転速度と、当該粒子と接触している粒子の識別情報と、当該粒子及び当該粒子に接触している粒子の間に作用している力と、通過時間を示す情報とを含む情報を、粒子の保存情報として記憶する記憶手段と、
前記粒子が前記計算対象除外位置を通過したか否かを判定する第２の判定手段と、
前記粒子が、前記粒子データ保存位置を通過してから前記計算対象除外位置を通過するまでの間に、当該粒子が前記粒子データ保存位置を通過していない他の粒子と接触している場合、当該粒子に作用する力を計算せずに、当該粒子が所定の運動を行うものとして当該粒子を移動させると共に、当該粒子から当該他の粒子に作用する力を計算し、計算した力に基づいて当該他の粒子を移動させる第１の移動手段と、
前記第２の判定手段により、前記粒子が前記計算対象除外位置を通過したと判定されると、当該粒子を離散要素法による解析対象から除外する除外手段と、
前記第１の運動領域における全ての粒子の挙動が解析された後に、前記粒子の保存情報に含まれる通過時間に基づいて、前記粒子データ発生位置に粒子を発生させる粒子発生手段と、
前記粒子発生手段により発生された粒子の保存情報のうち、当該粒子の位置、並進速度及び回転速度と、当該粒子と接触している粒子の識別情報と、当該粒子及び当該粒子に接触している粒子の間に作用している力とを読み出す読み出し手段と、
前記粒子が前記計算対象位置を通過したか否かを判定する第３の判定手段と、
前記粒子が、前記粒子データ発生位置を通過してから前記計算対象位置を通過するまでの間に、当該粒子が前記計算対象位置を通過した他の粒子と接触している場合、当該粒子に作用する力を計算せずに、当該粒子が所定の運動を行うものとして当該粒子を、前記読み出し手段により読み出された当該粒子の保存情報に基づいて移動させると共に、当該粒子から当該他の粒子に作用する力を計算し、計算した力に基づいて当該他の粒子を移動させる第２の移動手段と、を更に有することを特徴とする粒子挙動解析装置。
【請求項２】
前記粒子データ発生位置から前記計算対象位置までの最短距離と、前記粒子データ発生位置から前記計算対象位置までの最短距離は、前記粒子の大きさの最大値を超える長さであることを特徴とする請求項１に記載の粒子挙動解析装置。
【請求項３】
前記粒子発生手段は、前記粒子の保存情報に含まれている通過時間に応じた時間隔で、前記粒子データ発生位置であって、前記粒子の保存情報に含まれている位置に対応する位置に、粒子を順次発生させることを特徴とする請求項１又は２に記載の粒子挙動解析装置。
【請求項４】
前記第１の領域設定手段、前記第１の判定手段、前記記憶手段、前記第２の判定手段、前記第１の移動手段、及び前記除外手段は、前記設備の相対的に上工程の領域に対して解析することがオペレータによって指示された場合に実行され、
前記第２の領域設定手段、前記粒子発生手段、前記読み出し手段、前記第３の判定手段、及び前記第２の移動手段は、前記設備の相対的に下工程の領域に対して解析することがオペレータによって指示された場合に実行されることを特徴とする請求項１〜３の何れか１項に記載の粒子挙動解析装置。
【請求項５】
前記所定の運動は、等速直線運動であることを特徴とする請求項１〜４の何れか１項に記載の粒子挙動解析装置。
【請求項６】
設備における複数の粒子の挙動を、離散要素法を用いて解析する粒子挙動解析方法であって、
前記設備の所定の領域を粒子データ保存位置とすると共に、前記粒子データ保存位置よりも前記粒子の進行方向における前方側の領域を計算対象除外位置とし、前記粒子データ保存位置から前記計算対象除外位置までの領域を第１の運動領域として設定する第１の領域設定工程と、
前記設備の所定の領域を計算対象位置とすると共に、前記計算対象位置よりも前記粒子の進行方向における後方側の領域を粒子データ発生位置とし、前記粒子データ発生位置から前記計算対象位置までの領域を第２の運動領域として設定する第２の領域設定工程と、
前記複数の粒子の挙動を、離散要素法を用いて解析する粒子挙動解析工程と、を有し、
前記粒子挙動解析工程は、
前記粒子が前記粒子データ保存位置を通過したか否かを判定する第１の判定工程と、
前記第１の判定工程により、前記粒子が前記粒子データ保存位置を通過したと判定されると、当該粒子の位置、並進速度及び回転速度と、当該粒子と接触している粒子の識別情報と、当該粒子及び当該粒子に接触している粒子の間に作用している力と、通過時間を示す情報とを含む情報を、粒子の保存情報として記憶する記憶工程と、
前記粒子が前記計算対象除外位置を通過したか否かを判定する第２の判定工程と、
前記粒子が、前記粒子データ保存位置を通過してから前記計算対象除外位置を通過するまでの間に、当該粒子が前記粒子データ保存位置を通過していない他の粒子と接触している場合、当該粒子に作用する力を計算せずに、当該粒子が所定の運動を行うものとして当該粒子を移動させると共に、当該粒子から当該他の粒子に作用する力を計算し、計算した力に基づいて当該他の粒子を移動させる第１の移動工程と、
前記第２の判定工程により、前記粒子が前記計算対象除外位置を通過したと判定されると、当該粒子を離散要素法による解析対象から除外する除外工程と、
前記第１の運動領域における全ての粒子の挙動が解析された後に、前記粒子の保存情報に含まれる通過時間に基づいて、前記粒子データ発生位置に粒子を発生させる粒子発生工程と、
前記粒子発生工程により発生された粒子の保存情報のうち、当該粒子の位置、並進速度及び回転速度と、当該粒子と接触している粒子の識別情報と、当該粒子及び当該粒子に接触している粒子の間に作用している力とを読み出す読み出し工程と、
前記粒子が前記計算対象位置を通過したか否かを判定する第３の判定工程と、
前記粒子が、前記粒子データ発生位置を通過してから前記計算対象位置を通過するまでの間に、当該粒子が前記計算対象位置を通過した他の粒子と接触している場合、当該粒子に作用する力を計算せずに、当該粒子が所定の運動を行うものとして当該粒子を、前記読み出し工程により読み出された当該粒子の保存情報に基づいて移動させると共に、当該粒子から当該他の粒子に作用する力を計算し、計算した力に基づいて当該他の粒子を移動させる第２の移動工程と、を更に有することを特徴とする粒子挙動解析方法。
【請求項７】
前記粒子データ発生位置から前記計算対象位置までの最短距離と、前記粒子データ発生位置から前記計算対象位置までの最短距離は、前記粒子の大きさの最大値を超える長さであることを特徴とする請求項６に記載の粒子挙動解析方法。
【請求項８】
前記粒子発生工程は、前記粒子の保存情報に含まれている通過時間に応じた時間隔で、前記粒子データ発生位置であって、前記粒子の保存情報に含まれている位置に対応する位置に、粒子を順次発生させることを特徴とする請求項６又は７に記載の粒子挙動解析方法。
【請求項９】
前記第１の領域設定工程、前記第１の判定工程、前記記憶工程、前記第２の判定工程、前記第１の移動工程、及び前記除外工程は、前記設備の相対的に上工程の領域に対して解析することがオペレータによって指示された場合に実行され、
前記第２の領域設定工程、前記粒子発生工程、前記読み出し工程、前記第３の判定工程、及び前記第２の移動工程は、前記設備の相対的に下工程の領域に対して解析することがオペレータによって指示された場合に実行されることを特徴とする請求項６〜８の何れか１項に記載の粒子挙動解析方法。
【請求項１０】
前記所定の運動は、等速直線運動であることを特徴とする請求項６〜９の何れか１項に記載の粒子挙動解析方法。
【請求項１１】
設備における複数の粒子の挙動を、離散要素法を用いて解析することをコンピュータに実行させるためのコンピュータプログラムであって、
前記設備の所定の領域を粒子データ保存位置とすると共に、前記粒子データ保存位置よりも前記粒子の進行方向における前方側の領域を計算対象除外位置とし、前記粒子データ保存位置から前記計算対象除外位置までの領域を第１の運動領域として設定する第１の領域設定工程と、
前記設備の所定の領域を計算対象位置とすると共に、前記計算対象位置よりも前記粒子の進行方向における後方側の領域を粒子データ発生位置とし、前記粒子データ発生位置から前記計算対象位置までの領域を第２の運動領域として設定する第２の領域設定工程と、
前記複数の粒子の挙動を、離散要素法を用いて解析する粒子挙動解析工程と、をコンピュータに実行させ、
前記粒子挙動解析工程は、
前記粒子が前記粒子データ保存位置を通過したか否かを判定する第１の判定工程と、
前記第１の判定工程により、前記粒子が前記粒子データ保存位置を通過したと判定されると、当該粒子の位置、並進速度及び回転速度と、当該粒子と接触している粒子の識別情報と、当該粒子及び当該粒子に接触している粒子の間に作用している力と、通過時間を示す情報とを含む情報を、粒子の保存情報として記憶媒体に記憶する記憶工程と、
前記粒子が前記計算対象除外位置を通過したか否かを判定する第２の判定工程と、
前記粒子が、前記粒子データ保存位置を通過してから前記計算対象除外位置を通過するまでの間に、当該粒子が前記粒子データ保存位置を通過していない他の粒子と接触している場合、当該粒子に作用する力を計算せずに、当該粒子が所定の運動を行うものとして当該粒子を移動させると共に、当該粒子から当該他の粒子に作用する力を計算し、計算した力に基づいて当該他の粒子を移動させる第１の移動工程と、
前記第２の判定工程により、前記粒子が前記計算対象除外位置を通過したと判定されると、当該粒子を離散要素法による解析対象から除外する除外工程と、
前記第１の運動領域における全ての粒子の挙動が解析された後に、前記粒子の保存情報に含まれる通過時間に基づいて、前記粒子データ発生位置に粒子を発生させる粒子発生工程と、
前記粒子発生工程により発生された粒子の保存情報のうち、当該粒子の位置、並進速度及び回転速度と、当該粒子と接触している粒子の識別情報と、当該粒子及び当該粒子に接触している粒子の間に作用している力とを読み出す読み出し工程と、
前記粒子が前記計算対象位置を通過したか否かを判定する第３の判定工程と、
前記粒子が、前記粒子データ発生位置を通過してから前記計算対象位置を通過するまでの間に、当該粒子が前記計算対象位置を通過した他の粒子と接触している場合、当該粒子に作用する力を計算せずに、当該粒子が所定の運動を行うものとして当該粒子を、前記読み出し工程により読み出された当該粒子の保存情報に基づいて移動させると共に、当該粒子から当該他の粒子に作用する力を計算し、計算した力に基づいて当該他の粒子を移動させる第２の移動工程と、を更に有することを特徴とするコンピュータプログラム。
【請求項１】
設備における複数の粒子の挙動を、離散要素法を用いて解析する粒子挙動解析装置であって、
前記設備の所定の領域を粒子データ保存位置とすると共に、前記粒子データ保存位置よりも前記粒子の進行方向における前方側の領域を計算対象除外位置とし、前記粒子データ保存位置から前記計算対象除外位置までの領域を第１の運動領域として設定する第１の領域設定手段と、
前記設備の所定の領域を計算対象位置とすると共に、前記計算対象位置よりも前記粒子の進行方向における後方側の領域を粒子データ発生位置とし、前記粒子データ発生位置から前記計算対象位置までの領域を第２の運動領域として設定する第２の領域設定手段と、
前記複数の粒子の挙動を、離散要素法を用いて解析する粒子挙動解析手段と、を有し、
前記粒子挙動解析手段は、
前記粒子が前記粒子データ保存位置を通過したか否かを判定する第１の判定手段と、
前記第１の判定手段により、前記粒子が前記粒子データ保存位置を通過したと判定されると、当該粒子の位置、並進速度及び回転速度と、当該粒子と接触している粒子の識別情報と、当該粒子及び当該粒子に接触している粒子の間に作用している力と、通過時間を示す情報とを含む情報を、粒子の保存情報として記憶する記憶手段と、
前記粒子が前記計算対象除外位置を通過したか否かを判定する第２の判定手段と、
前記粒子が、前記粒子データ保存位置を通過してから前記計算対象除外位置を通過するまでの間に、当該粒子が前記粒子データ保存位置を通過していない他の粒子と接触している場合、当該粒子に作用する力を計算せずに、当該粒子が所定の運動を行うものとして当該粒子を移動させると共に、当該粒子から当該他の粒子に作用する力を計算し、計算した力に基づいて当該他の粒子を移動させる第１の移動手段と、
前記第２の判定手段により、前記粒子が前記計算対象除外位置を通過したと判定されると、当該粒子を離散要素法による解析対象から除外する除外手段と、
前記第１の運動領域における全ての粒子の挙動が解析された後に、前記粒子の保存情報に含まれる通過時間に基づいて、前記粒子データ発生位置に粒子を発生させる粒子発生手段と、
前記粒子発生手段により発生された粒子の保存情報のうち、当該粒子の位置、並進速度及び回転速度と、当該粒子と接触している粒子の識別情報と、当該粒子及び当該粒子に接触している粒子の間に作用している力とを読み出す読み出し手段と、
前記粒子が前記計算対象位置を通過したか否かを判定する第３の判定手段と、
前記粒子が、前記粒子データ発生位置を通過してから前記計算対象位置を通過するまでの間に、当該粒子が前記計算対象位置を通過した他の粒子と接触している場合、当該粒子に作用する力を計算せずに、当該粒子が所定の運動を行うものとして当該粒子を、前記読み出し手段により読み出された当該粒子の保存情報に基づいて移動させると共に、当該粒子から当該他の粒子に作用する力を計算し、計算した力に基づいて当該他の粒子を移動させる第２の移動手段と、を更に有することを特徴とする粒子挙動解析装置。
【請求項２】
前記粒子データ発生位置から前記計算対象位置までの最短距離と、前記粒子データ発生位置から前記計算対象位置までの最短距離は、前記粒子の大きさの最大値を超える長さであることを特徴とする請求項１に記載の粒子挙動解析装置。
【請求項３】
前記粒子発生手段は、前記粒子の保存情報に含まれている通過時間に応じた時間隔で、前記粒子データ発生位置であって、前記粒子の保存情報に含まれている位置に対応する位置に、粒子を順次発生させることを特徴とする請求項１又は２に記載の粒子挙動解析装置。
【請求項４】
前記第１の領域設定手段、前記第１の判定手段、前記記憶手段、前記第２の判定手段、前記第１の移動手段、及び前記除外手段は、前記設備の相対的に上工程の領域に対して解析することがオペレータによって指示された場合に実行され、
前記第２の領域設定手段、前記粒子発生手段、前記読み出し手段、前記第３の判定手段、及び前記第２の移動手段は、前記設備の相対的に下工程の領域に対して解析することがオペレータによって指示された場合に実行されることを特徴とする請求項１〜３の何れか１項に記載の粒子挙動解析装置。
【請求項５】
前記所定の運動は、等速直線運動であることを特徴とする請求項１〜４の何れか１項に記載の粒子挙動解析装置。
【請求項６】
設備における複数の粒子の挙動を、離散要素法を用いて解析する粒子挙動解析方法であって、
前記設備の所定の領域を粒子データ保存位置とすると共に、前記粒子データ保存位置よりも前記粒子の進行方向における前方側の領域を計算対象除外位置とし、前記粒子データ保存位置から前記計算対象除外位置までの領域を第１の運動領域として設定する第１の領域設定工程と、
前記設備の所定の領域を計算対象位置とすると共に、前記計算対象位置よりも前記粒子の進行方向における後方側の領域を粒子データ発生位置とし、前記粒子データ発生位置から前記計算対象位置までの領域を第２の運動領域として設定する第２の領域設定工程と、
前記複数の粒子の挙動を、離散要素法を用いて解析する粒子挙動解析工程と、を有し、
前記粒子挙動解析工程は、
前記粒子が前記粒子データ保存位置を通過したか否かを判定する第１の判定工程と、
前記第１の判定工程により、前記粒子が前記粒子データ保存位置を通過したと判定されると、当該粒子の位置、並進速度及び回転速度と、当該粒子と接触している粒子の識別情報と、当該粒子及び当該粒子に接触している粒子の間に作用している力と、通過時間を示す情報とを含む情報を、粒子の保存情報として記憶する記憶工程と、
前記粒子が前記計算対象除外位置を通過したか否かを判定する第２の判定工程と、
前記粒子が、前記粒子データ保存位置を通過してから前記計算対象除外位置を通過するまでの間に、当該粒子が前記粒子データ保存位置を通過していない他の粒子と接触している場合、当該粒子に作用する力を計算せずに、当該粒子が所定の運動を行うものとして当該粒子を移動させると共に、当該粒子から当該他の粒子に作用する力を計算し、計算した力に基づいて当該他の粒子を移動させる第１の移動工程と、
前記第２の判定工程により、前記粒子が前記計算対象除外位置を通過したと判定されると、当該粒子を離散要素法による解析対象から除外する除外工程と、
前記第１の運動領域における全ての粒子の挙動が解析された後に、前記粒子の保存情報に含まれる通過時間に基づいて、前記粒子データ発生位置に粒子を発生させる粒子発生工程と、
前記粒子発生工程により発生された粒子の保存情報のうち、当該粒子の位置、並進速度及び回転速度と、当該粒子と接触している粒子の識別情報と、当該粒子及び当該粒子に接触している粒子の間に作用している力とを読み出す読み出し工程と、
前記粒子が前記計算対象位置を通過したか否かを判定する第３の判定工程と、
前記粒子が、前記粒子データ発生位置を通過してから前記計算対象位置を通過するまでの間に、当該粒子が前記計算対象位置を通過した他の粒子と接触している場合、当該粒子に作用する力を計算せずに、当該粒子が所定の運動を行うものとして当該粒子を、前記読み出し工程により読み出された当該粒子の保存情報に基づいて移動させると共に、当該粒子から当該他の粒子に作用する力を計算し、計算した力に基づいて当該他の粒子を移動させる第２の移動工程と、を更に有することを特徴とする粒子挙動解析方法。
【請求項７】
前記粒子データ発生位置から前記計算対象位置までの最短距離と、前記粒子データ発生位置から前記計算対象位置までの最短距離は、前記粒子の大きさの最大値を超える長さであることを特徴とする請求項６に記載の粒子挙動解析方法。
【請求項８】
前記粒子発生工程は、前記粒子の保存情報に含まれている通過時間に応じた時間隔で、前記粒子データ発生位置であって、前記粒子の保存情報に含まれている位置に対応する位置に、粒子を順次発生させることを特徴とする請求項６又は７に記載の粒子挙動解析方法。
【請求項９】
前記第１の領域設定工程、前記第１の判定工程、前記記憶工程、前記第２の判定工程、前記第１の移動工程、及び前記除外工程は、前記設備の相対的に上工程の領域に対して解析することがオペレータによって指示された場合に実行され、
前記第２の領域設定工程、前記粒子発生工程、前記読み出し工程、前記第３の判定工程、及び前記第２の移動工程は、前記設備の相対的に下工程の領域に対して解析することがオペレータによって指示された場合に実行されることを特徴とする請求項６〜８の何れか１項に記載の粒子挙動解析方法。
【請求項１０】
前記所定の運動は、等速直線運動であることを特徴とする請求項６〜９の何れか１項に記載の粒子挙動解析方法。
【請求項１１】
設備における複数の粒子の挙動を、離散要素法を用いて解析することをコンピュータに実行させるためのコンピュータプログラムであって、
前記設備の所定の領域を粒子データ保存位置とすると共に、前記粒子データ保存位置よりも前記粒子の進行方向における前方側の領域を計算対象除外位置とし、前記粒子データ保存位置から前記計算対象除外位置までの領域を第１の運動領域として設定する第１の領域設定工程と、
前記設備の所定の領域を計算対象位置とすると共に、前記計算対象位置よりも前記粒子の進行方向における後方側の領域を粒子データ発生位置とし、前記粒子データ発生位置から前記計算対象位置までの領域を第２の運動領域として設定する第２の領域設定工程と、
前記複数の粒子の挙動を、離散要素法を用いて解析する粒子挙動解析工程と、をコンピュータに実行させ、
前記粒子挙動解析工程は、
前記粒子が前記粒子データ保存位置を通過したか否かを判定する第１の判定工程と、
前記第１の判定工程により、前記粒子が前記粒子データ保存位置を通過したと判定されると、当該粒子の位置、並進速度及び回転速度と、当該粒子と接触している粒子の識別情報と、当該粒子及び当該粒子に接触している粒子の間に作用している力と、通過時間を示す情報とを含む情報を、粒子の保存情報として記憶媒体に記憶する記憶工程と、
前記粒子が前記計算対象除外位置を通過したか否かを判定する第２の判定工程と、
前記粒子が、前記粒子データ保存位置を通過してから前記計算対象除外位置を通過するまでの間に、当該粒子が前記粒子データ保存位置を通過していない他の粒子と接触している場合、当該粒子に作用する力を計算せずに、当該粒子が所定の運動を行うものとして当該粒子を移動させると共に、当該粒子から当該他の粒子に作用する力を計算し、計算した力に基づいて当該他の粒子を移動させる第１の移動工程と、
前記第２の判定工程により、前記粒子が前記計算対象除外位置を通過したと判定されると、当該粒子を離散要素法による解析対象から除外する除外工程と、
前記第１の運動領域における全ての粒子の挙動が解析された後に、前記粒子の保存情報に含まれる通過時間に基づいて、前記粒子データ発生位置に粒子を発生させる粒子発生工程と、
前記粒子発生工程により発生された粒子の保存情報のうち、当該粒子の位置、並進速度及び回転速度と、当該粒子と接触している粒子の識別情報と、当該粒子及び当該粒子に接触している粒子の間に作用している力とを読み出す読み出し工程と、
前記粒子が前記計算対象位置を通過したか否かを判定する第３の判定工程と、
前記粒子が、前記粒子データ発生位置を通過してから前記計算対象位置を通過するまでの間に、当該粒子が前記計算対象位置を通過した他の粒子と接触している場合、当該粒子に作用する力を計算せずに、当該粒子が所定の運動を行うものとして当該粒子を、前記読み出し工程により読み出された当該粒子の保存情報に基づいて移動させると共に、当該粒子から当該他の粒子に作用する力を計算し、計算した力に基づいて当該他の粒子を移動させる第２の移動工程と、を更に有することを特徴とするコンピュータプログラム。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６−１】
【図６−２】
【図７−１】
【図７−２】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６−１】
【図６−２】
【図７−１】
【図７−２】
【図８】
【図９】
【図１０】
【公開番号】特開２０１２−４８５６４（Ｐ２０１２−４８５６４Ａ）
【公開日】平成２４年３月８日（２０１２．３．８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−１９１１６３（Ｐ２０１０−１９１１６３）
【出願日】平成２２年８月２７日（２０１０．８．２７）
【出願人】（０００００６６５５）新日本製鐵株式会社 (6,474)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年３月８日（２０１２．３．８）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年８月２７日（２０１０．８．２７）
【出願人】（０００００６６５５）新日本製鐵株式会社 (6,474)
【Ｆターム（参考）】
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