1 引言

顆粒流模擬廣泛應(yīng)用于固體動(dòng)力學(xué)，流體動(dòng)力學(xué)，熱動(dòng)力學(xué)，電磁動(dòng)力學(xué)等領(lǐng)域。總的來說，有兩大類模擬途徑，一類途徑是基于光滑粒子流體動(dòng)力學(xué)(Smoothed Particle Hydrodynamics，簡稱SPH), 這種途徑最典型的模擬軟件是Abaqus; 另一類途徑是基于離散元(Discrete Element Method, 簡稱DEM)，這種途徑在巖土工程領(lǐng)域最典型的軟件是PFC(PFC模型建立機(jī)制)。除此之外，在機(jī)械應(yīng)用領(lǐng)域使用離散元原理開發(fā)的軟件有EDEM(Altair EDEM Professional 2021.2.0)和Rocky DEM(ESSS Rocky Version 4.5.2, 1.17G)。這個(gè)筆記簡要描述了Rocky的應(yīng)用范圍。 

2 Rocky應(yīng)用領(lǐng)域

Rocky DEM是一個(gè)三維離散元DEM軟件，用來模擬一組顆粒如何與其他顆粒以及各種邊界進(jìn)行互動(dòng)，這些邊界可能代表的是輸送槽、磨坊、攪拌機(jī)、犁、織布機(jī)或其他類型的散體材料處理設(shè)備。與PFC的主要用途不同，Rocky主要應(yīng)用在制造領(lǐng)域，盡管PFC也能做類似的模擬。Rocky的工程應(yīng)用領(lǐng)域包括:

提高設(shè)備的壽命和容量

消除堵塞，皮帶和班輪穿刺

減少電力下降、灰塵和噪音

降低溢出和產(chǎn)品退化

增強(qiáng)混合，減少死區(qū)和隔離

評估擴(kuò)展策略

預(yù)測力、扭矩和功耗

通過與 FEA 耦合分析結(jié)構(gòu)載荷

通過與 CFD 耦合模擬流體顆粒相互作用

Rocky能夠與ANSYS進(jìn)行聯(lián)合分析，例如CAD設(shè)計(jì)工具Ansys SpaceClaim，CFD工具Ansys Fluent，F(xiàn)EA工具Ansys Mechanical。

3 Rocky工作原理

離散元是一種預(yù)測散裝固體(bulk solid)行為的數(shù)值技術(shù)。散裝固體是一個(gè)大的固體顆粒的集合，又稱顆粒流介質(zhì)。顆粒介質(zhì)流動(dòng)在礦業(yè)工程的典型例子是礦石通過移動(dòng)的采礦機(jī)械設(shè)備運(yùn)輸。顆粒流的運(yùn)動(dòng)模擬比較復(fù)雜，因?yàn)檫@些流動(dòng)可能是固體，也可能是液體，或兩種行為的組合。例如，沙子在沙漏的行為像一個(gè)液體，而沙子本身存在固體的應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系。如同PFC的工作機(jī)理一樣，Rocky是一種無網(wǎng)格的方法，不求解連續(xù)體問題的運(yùn)動(dòng)方程。因此，不需要材料的應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系，相反，通過DEM模擬后的結(jié)果可以輸出應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系。每個(gè)顆粒的運(yùn)動(dòng)方程都通過時(shí)間進(jìn)行積分。已知的總力是接觸力(顆粒與邊界之間)和體力, 典型的體力是重力、液體，靜電力、電磁力等。