Ansys博客
August 4, 2023
探秘离散单元法
DEM的工作原理是什么？
每种DEM软件的基本工作原理是检测颗粒碰撞并计算接触力。这是使用软球法实现的，其中颗粒为刚性体，接触处的任何变形都被建模为重叠。DEM可系统地跟踪域中的每个颗粒，有利于预测每个颗粒在下一个时间步长的位置。
颗粒形状在DEM中的重要性
颗粒的流动会受到其形状的显著影响。虽然球体可以实现简单的接触检测和单个接触点，但这种形状在现实世界中并不常见。因此，对其它形状进行建模至关重要，这是Ansys Rocky等工具提供的一项功能。
多面体等真实颗粒形状在其堆叠密度、平动和转动、剪切和联锁期间膨胀、以及材料强度等方面有所不同。然而，由于接触检测颗粒重叠要求，对真实颗粒形状进行建模可能会增加计算需求。
GPU处理和粗颗粒建模在DEM仿真中的作用
GPU处理是DEM仿真的一个重要方面。鉴于DEM在每个时间步长跟踪每个颗粒，GPU处理可以在不降低准确性的情况下显著加速这一流程。
对于颗粒数量非常大的情况，可以采用粗颗粒建模。该方法使用较大的颗粒来表示一组较小的颗粒，从而减少了颗粒总数，最终提高了计算效率。
高级DEM技术：与CFD和SPH耦合
为了分析颗粒上的流体力和流动，计算流体动力学（CFD）可以与DEM有效耦合。该方法可用于基于网格的方法和任何颗粒形状。
流体动力学中越来越广泛使用的一种技术是光滑粒子流体动力学（SPH）与DEM的耦合。该方法在捕获没有扩散误差的复杂自由表面流方面表现出色，尤其适用于涉及飞溅或表面破碎的情况。SPH-DEM方法使用拉格朗日无网格方法，通过将流体动力学离散成一组流体单元来捕获它们。然后使用核函数对颗粒进行插值，以计算局部变量的平滑场。
离散单元法的应用：Ansys Rocky
Ansys Rocky可为散体材料处理行业的工程师提供一个独特的平台，通过映射流程、材料和几何变量的动态相互作用来计算分析其流程。
为了获得更多的洞察，Rocky允许使用多种高级物理模型，包括：
- 多物理场模型：Rocky与Ansys技术完全集成，实现与计算流体动力学（CFD）、有限元法（FEM）和格子玻尔兹曼方法（LBM）软件包进行高级耦合，以准确仿真多相多组分流动。
- 复杂的颗粒形状：自定义3D和2D颗粒可实现颗粒的逼真表达，包括高纵横比纤维；其可成为刚性体或柔性体。
- 复杂的运动：可以轻松指定复杂的运动。此外，还可以在Rocky中指定具有6个自由度的自由体运动，无需外部多体动力学（MBD）软件。
- 破碎模型：包含完善的颗粒破损模型，如ABT10和Tavares模型。
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