地震動

今年度は全国で耐震関連業務が出ていました。

耐震調査、設計が一気にメジャーになったように思います。振動三軸のできる会社は少ないので、大変だったでしょう。

数年前から耐震に関する知識を仕入れてはいたのですが、まだまだ付け焼刃。きちんと整理・補強しておこうと思い、地盤工学会の耐震関連本をセット購入しました。

まず薄い本からと、地盤工学会「ジオテクノート9　地震動」を読みました。
平成11年の本ですから、土質工学会のころでしょうね。15年前の本です。古い入門書ですが、私にはちょうど良いレベルでした。以下、気になった個所の備忘録です。

・固有周期、1/4波長則(p22)

・表面波(p9､p29)
短いですが、表面波の説明が書かれています。分散曲線も載っています。
レイリー波はS波速度の0.9倍

・応答スペクトル(p42)
多くの図書で、この絵が引用されていますね。分かりやすい絵です。

・地震基盤と工学基盤(p46)
吉田望「地盤の地震応答解析」に比べると、地震基盤と工学基盤の区別は、それほどはっきりと書かれていないですね。周期云々という箇所は、今回のジオテクノートの方が簡易で分かりやすいですね。
http://phreeqc.blogspot.jp/2012/06/blog-post_28.html

要点は以下の通り。

震源から地震基盤までの構造は緩やかに変化している。一方、地震基盤から地表までの構造は大きく変化する。
＞地表の地震動の周期特性は地盤特性に支配されやすい。
＞地震基盤はある広がりでほぼ同一速度、深さ方向の変化が小さい地層に設定。
＞地震基盤はS波で3km/s、P波で5km/sが理想。
＞基盤の取り方で増幅率は変化する（特に長周期）。長周期を対象にする場合は深い設定が必要。


・増幅率とS波速度の関係（p56）

・地形効果(p61)
堤体でも、法肩の応答が大きいのと同じことでしょうか？

・常時微動(p80)
15年前には既に入門レベルの図書に載っていたのですね。驚きです。

速度-圧力法

ナビエ-ストークスの方程式を解く場合に、仮の速度を出してから、圧力を求め、さらにそれらを使って速度を更新(確定)するというのは、常套手段のようです。

それぞれを陽的に求めていく流儀もあれば、陰解法と組み合わせて求めていく流儀もあるようです。こういった解き方の研究が、昔、流行ったのでしょう。
以下の本でも、速度ー圧力法の中て整理されていました。

酒井幸市「OpenGL+GLSLによる「流れ」のシミュレーション」

どうも、ナビエ-ストークスを解き方は、「流れ関数-渦度法」「速度-圧力法」に大別されるそうです。私が今まで見てきたのは後者ですね。MPSも似たようなアルゴリズムを持っていました。


この本、GPGPU にも触れられているのですが、著者は70歳以上の方。いや、驚き。家に帰ると、おじいちゃんが core i7 + Nvidia で GPGPU なんてやってたらびっくりするでしょうね。

粒子法と土砂移動

今日は雪のため、出社は明日にして、ゆっくり過ごしました。

粒子法関連の書籍を再度読み直し。
先輩に借りた砂防学会誌の粒子法の文献、ネットで探した文献を数本読みました（というか分からないので眺める程度）。

分からないながらも、だんだん見えてきました。
どちらかというと、SPH より MPS のほうが簡単かもしれませんね。質量保存＋ナビエ・ストークス（非圧縮性流れ）なら、離散化から計算アルゴリズムまでは、MPS で何とかついていけるようになりました。粒々なんだけど、連続体というのが面白いですね。
土砂移動や破壊など他の問題を扱う場合は、LSFLOW のようにナビエストークスを変形して離散化するか、その問題で扱われる支配方程式を直接離散化するか、なのでしょう。ま、当たり前と言えばそれまでですが、やっと気づきました（違っているかもしれませんが）。でも、教科書の域を出て他の問題を離散化するとか、アルゴリズムを考えるとかはまだ自信ないですね。弾塑性は無理。その程度の理解です。わかっていないことのほうがまだ多い。

問題の土砂移動に関しては、見えてきました。FDM、FVM と違って、どの粒子がどこへ移動したかが分かるのが利点に思えます。
ん？それなら不連続体で良いじゃないか、とも言えますね。うーん。やったことないんですよね。

いずれにしても、SPHysics では土砂移動はダメ。粒子法で解くなら高いソフトを買うか、自作するしかない、ということは分かりました。実務で使えるまで仕上げてくれるプログラマー、どこかにいないでしょうか？

SPH と土石流

SPH、土石流で検索すると、以下の文献がヒットしました。

まさにこれがやりたかったことです。

離散要素モデル(SPH)を用いた支川合流点で形成された天然ダム再現の試み

http://www.jsece.or.jp/event/conf/abstruct/2012/pdf/R2-19.pdf

自作なんでしょうね。どうにかしてφを考慮しているんでしょうね。同じナビエ・ストークスを変形した LSFLOW の支配方程式を流用すれば取り込めるということでしょうか？

こんなのもありました。SPHで安全率を出すそうです。全くわかりません。
http://kaken.nii.ac.jp/pdf/2011/seika/C-19/13701/21360222seika.pdf


どうやればわかるようになるのか？
まだ、そのようなレベルです。

DUAL-SPHysics

次は DUAL-SPHysics を試みようと、マニュを読んでいました。

これ、STL を読めるようです。
通常、CADで地形を作りますので、そのまま STL に変換すればOKです。これはありがたい。

一方、マニュを読んでもわからない個所がありました。崩壊前のすべり土塊のように、CADで作った形状で流体を発生させる方法がわかりません。もう少し読む必要がありそうです。

ま、仮にできたとしても、土砂移動には使いづらそうです。
土石流であれば研究事例もあるとのこと、そちらから調べてみましょうか。

SWE-SPHysics

SPHysics の3Dも問題ないですね。

でも、地形を扱うにはどうすればよいのか分かりません。

地形を扱っている SWE-SPHysics_2D_v1.0.00 は 2D の計算のようですが、それなりに動きますね（batファイル内のパスやファイル名に間違いがあったので、そのままでは動きませんでしたが）。

Case2_Tsunami の結果です。

もともと、LSFLOW のように土砂移動への利用を考えていたのですが、図らずも津波の遡上に使えそうですね。
もう少し読み込んでみないとわかりませんが、土砂移動の最終形に効いてくる、内部のφを指定できそうにないので、流体先端に角度をつけるのが難しそうです。

あと、地形ファイルのフォーマットが分かりません。要素が6つありそうです。3つは xyz 座標でしょうが、残りは何でしょう。時間をかけて読み込む必要がありそうです。


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2014/2/3追記
マニュに XYZ data + Smoothing Length & Roughness Coefficient とありました。
あと一つは何でしょうか？ 桁からは、Smoothing Length が2個あるように思えます。X, Y　方向で別の値を使用しているということでしょうか？分ける必要があるのでしょうか？この辺はコードを読まないと分からないですね。

内視鏡

今日、初めて胃カメラを飲みました。

行った病院は中規模ですが、比較的患者さんは多かったですね。
看護士さんもお忙しそうで、情報の伝達がうまくできていません。どこの世界も同じようです。鎮静剤？を使うか聞かれましたが、意識がぼけるらしいので断りました。せっかくですから自分の目で見たいですからね。もともとそう伝えていました。
また、「口からカメラを入れます」と伝えられたので、「鼻から入れるはずです」と答えました。これも伝わっていませんでした。

順番が回ってきて、鼻とのどに麻酔をしてもい、鼻からカメラを挿入。


良いカメラだなあーと感心しました。
画像がキャプチャーできるほか、水が入る（胃壁洗浄用）、空気が入る（胃をを膨らます？）、鉗子が入るなど機能豊富。ま、医療用だとあたりまえなのでしょう。さらに、ピントが手前も奥もあっているし、曇らない、水滴が付かない。さすが医療用、と感心しました。
一番驚いたのが、先端のカメラが曲がること。最初はなぜ画像にケーブルが写るのか不思議でした。ケーブルの途中にカメラがついているのか？と思いましたが、よく考えるとU字に曲がって逆方向の撮影をしているんですよね。すごいですね。

空洞調査などで CCD スコープを入れることがあるんですが、私の使っている機械は曲がりません。曇りも取れません。こういった、曲げる機能が常日頃欲しいと思っていました。お金さえ出せば、防水で、物もつかめて、曲げることもできる機材が手に入るんですよね。うーん。


その後も他の病院へ行き、さらに整骨院へ行って治療。久しぶりに土曜日を休んで（変な言い方ですが）、体のメンテナンスに費やしました。今後、もっとこまめにメンテしないといけなくなるのでしょうね。