ANSYS 블로그
August 4, 2023
이산 요소법 이해
DEM은 어떻게 작동합니까?
모든 DEM 코드의 기본 작동 원리는 입자 충돌을 감지하고 접촉력을 계산하는 것입니다. 이는 입자가 강체이고 접촉하는 변형이 중첩으로 모델링되는 소프트-스피어 방법을 사용함으로써 가능합니다. DEM은 영역 내의 각 입자를 체계적으로 추적하여 다음 시간 단계에서 각 입자의 위치를 쉽게 예측할 수 있습니다.
DEM에서 입자 모양의 중요성
입자의 흐름은 입자의 모양에 의해 크게 영향받을 수 있습니다. 구체는 단순한 접촉 감지와 단일 접촉 지점을 허용하지만, 실제 세계에서는 일반적으로 발견되지 않습니다. 따라서 Ansys Rocky와 같은 툴이 제공하는 기능인 다른 모양을 모델링하는 것이 중요합니다.
다면체와 같은 실제 입자 모양은 충전 밀도, 선형 및 회전 운송 모드, 전단 및 연동 중 팽창, 재료의 강도 등에서 다양합니다. 그러나 실제 입자 모양을 모델링하면 접촉 감지 및 중첩 요건으로 인해 계산 요구 사항이 증가할 수 있습니다.
DEM 시뮬레이션에서 GPU 처리 및 거친 입자 모델링의 역할
GPU 처리는 DEM 시뮬레이션의 필수적인 측면입니다. DEM이 모든 시간 단계에서 모든 입자를 추적한다는 점을 고려하면 GPU 처리는 정확성을 낮추지 않으면서 이 공정의 속도를 크게 높일 수 있습니다.
입자 수가 압도적으로 많은 경우 거친 입자 모델링을 사용할 수 있습니다. 이 접근 방식은 더 큰 입자를 사용하여 더 작은 입자 그룹을 나타냄으로써 총 입자 수를 줄여 계산 효율성을 높입니다.
고급 DEM 기법: CFD 및 SPH와 커플링
유체의 힘과 입자의 흐름을 고려하기 위해 전산 유체 역학(CFD)을 DEM과 효과적으로 커플링할 수 있습니다. 이 방법은 메시 기반 접근 방식 및 입자 모양과 함께 사용할 수 있습니다.
유체역학에서 점점 더 많이 사용되는 기법은 SPH(Smoothed Particle Hydrodynamics)와 DEM을 커플링하는 것입니다. 이 접근 방식은 확산 오류 없이 복잡한 자유 표면 흐름을 포착하는 데 탁월하며, 특히 튀거나 표면 조각이 관련된 경우에 적합합니다. SPH-DEM 방법은 라그랑지안 메시리스 접근 방식을 사용하여 유체 역학을 유체 요소 집합으로 유체를 이산화함으로써 계산합니다. 그런 다음, 커널 함수를 사용하여 입자를 보간함으로써 로컬 변수의 부드럽게 연결된 필드를 계산합니다.
이산 요소법의 응용: Ansys Rocky
Ansys Rocky는 대량 자재 취급 산업 범위 전반의 엔지니어가 공정, 재질 및 기하학적 변수의 동적 상호 작용을 매핑하여 공정을 컴퓨팅 방식으로 분석할 수 있는 고유한 플랫폼을 제공합니다.
여기에서 Rocky DEM을 사용한 성공 사례 살펴보기
인사이트를 늘릴 수 있도록 Rocky는 다음을 비롯한 여러 고급 물리 모델을 허용합니다.
- 다중물리 모델: Rocky는 Ansys와 완전히 통합되며 전산 유체 역학(CFD), 유한 요소법(FEM) 및 LBM(Lattice Boltzmann) 패키지와의 최첨단 커플링을 통해 다상 다성분 흐름을 정확하게 시뮬레이션할 수 있습니다.
- 복잡한 입자 모양: 고형상비 섬유를 포함하여 입자를 사실적으로 표현하기 위한 맞춤형 3D 및 2D 입자이며, 이 입자는 단단하거나 유연하게 만들 수 있습니다.
- 복잡한 동작: 복잡한 동작을 쉽게 지정할 수 있습니다. 자유도가 6인 자유로운 바디 동작을 지정할 수 있으며 Rocky 내에서도 지정할 수 있으므로 외부 MBD(MultiBody Dynamics) 소프트웨어가 필요하지 않습니다.
- 파손 모델: ABT10 및 Tavares 모델과 같이 입자 파손에 대해 적절히 구현된 모델이 포함되어 있습니다.
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