1 引言

顆粒流模擬廣泛應用于固體動力學，流體動力學，熱動力學，電磁動力學等領域?？偟膩碚f，有兩大類模擬途徑，一類途徑是基于光滑粒子流體動力學(Smoothed Particle Hydrodynamics，簡稱SPH), 例如計算軟件Abaqus; 另一類途徑是基于離散元(Discrete Element Method, 簡稱DEM)原理，這種途徑在巖土工程領域最典型的軟件是Itasca的PFC。除此之外，在機械應用領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)。

這個筆記是對【基于離散元原理的顆粒流模擬軟件Rocky 4.5.2】一文的更新與補充。Rocky初始是由Granular Dynamics International, LLC和Engineering Simulation and Scientific Software Company(ESSS)共同開發(fā)的基于離散元原理的軟件，用來解決顆粒流的動力學問題。盡管現(xiàn)在Rocky是ANSYS的一部分，但仍然可以獨立安裝，不過版本號已經(jīng)與ANSYS銜接在一起，最新版本為21.2.2 (11/16/2021)。

2 集成性能

現(xiàn)在Rocky與Ansys Fluent和Motion可以進行完全耦合，這種集成性能主要體現(xiàn)在以下幾個方面：

(1) Rocky與Fluent耦合模擬流體顆粒相互作用，允許在Fluent中使用更大的時步，從而可以在不犧牲精度的情況下加快計算速度。

(2) 求解器Solver功能擴展了傳熱、破碎、幾何磨損等自定義模型的支持范圍，用戶可以自己自定義切向力或沖擊能量模型。

(3) Rocky和Ansys Motion之間的耦合能夠創(chuàng)建復雜的運動系統(tǒng)，包括車輛和地面的相互作用，適合于模擬需要考慮幾何之間交互的運動以及許多具有復雜運動約束的對象。

(4) 計算速度大幅提升。

3 計算流程

離散元是一種預測散裝固體(bulk solid)行為的數(shù)值技術。散裝固體是一個大的固體顆粒的集合，又稱顆粒流介質(zhì)。顆粒介質(zhì)流動在礦業(yè)工程的典型例子是礦石通過移動的采礦機械設備運輸。顆粒流的運動模擬比較復雜，因為這些流動可能是固體，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液體，而沙子本身存在固體的應力應變關系。如同PFC的工作機理一樣，Rocky是一種無網(wǎng)格的方法，不求解連續(xù)體問題的運動方程。因此，不需要材料的應力應變關系，相反，通過DEM模擬后的結果可以輸出應力應變關系。每個顆粒的運動方程都通過時間進行積分。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。Rocky的計算流程如下：(1) 建立幾何模型；(2) 選擇物理模型；(3) 指定運動方式；(4) 設置材料參數(shù)；(5) 設置顆粒相互作用參數(shù)；(6) 產(chǎn)生顆粒幾何尺寸;  (7) 設置顆粒流動參數(shù)；(8) 設置求解參數(shù)；(9) 開始計算 。