利用Particle generator生成砂粒。利用DEM模擬顆粒相互作用。

 

（1）如圖1，利用旋轉，生成一個三維面（Part-1，瓶身），將瓶身內表面建立面in，注意選擇正確的法向方向。

 

圖1

 

（2）創建一個三維的平面（part-2），該面作為顆粒生成器的inlet面，建立面flow，注意法向向下。

（3）Property模塊中創建一個彈性材料（圖2），本例中尺寸單位為mm。創建section為shell，并分配給相應區域。

 

圖2

（4）對Part-2，創建截面屬性為surface，不需定義材料（圖3）。

 

圖3

（5）進入Assembly模塊，將部件就位，注意將part-1進行選擇，將Part-2放到離瓶底一定高度（數值隨意）。

 

圖4

（6）進入step模塊，創建3個分析步，1個用來生成砂粒，1個用來旋轉瓶身，1個用來穩定。

（7）為了實現瓶身的旋轉，定義瓶身的參考點。在interaction模塊中，執行tools-reference point，輸入坐標（0,0,0瓶身中心點）。按圖5創建剛體約束。

 

圖5

（8）進入Load模塊，對參考點設置速度邊界條件。第一步6個方向均為0，第二步繞y軸旋轉角速度，第三步速度歸0。非零的角速度通過幅值曲線施加，類型采用smooth step。（圖6）。順便建立massflow和totalflow幅值曲線，分別是顆粒生成的質量速率和速度率。（圖7）

圖6

 

圖7

 

（9）進入Mesh模塊，對Part-1采用Explicit的S4R單元進行劃分，Part-2采用表面單元SFM3D4R進行劃分。

（10）修改inp文件

為了達到分析目的，需要修改inp，其主要包括兩部分，一是顆粒生成的速度，顆粒的大小等等；另一個是定義生成的顆粒之間的相互作用以及與瓶身的接觸。請特別注意相關語句所屬的層次，具體含義可以在keyword幫助文檔中找到（圖8）。

 

圖8

具體如下：

1）執行model-edit keywords，找到Part-2的相關語句。

Particle generator的定義在Part層次中編寫。

 

*Particle Generator, name=sand, Type=PD3D,MaximumNumberofParticles=2000

（允許生成的最多顆粒，2000大概算了1個小時）

*Particle Generator inlet, surface=flow（指定生成面，abaqus生成顆粒像下雨一樣，從該面沿法向下落）

*particle generator mixture

sand（生成的粒子放到單元sand集合中）

**

*discrete section, elset=sand, shape=sphere,density=2.7e-9, alpha=1.0

PDF1,（定義離散元的截面屬性，pdf1是指定的顆粒分布曲線）

*discrete elasticity

2.5e3,0.3（顆粒彈性模量，泊松比）

**

*probability Density function, name=PDF1,TYPE=discrete

2, 1.0（全為半徑2mm的顆粒，可以輸入級配曲線，或分布函數）

*surface,type=element,name=sand

sand（將dem顆粒單元集合sand的面建立一個面，個人習慣取單元集合一樣的名字）

 

2）找到step-1的定義語句，在之前插入定義接觸的相關語句

*surface interaction, name=P（顆粒與瓶）

*friction（摩擦）

0.0

*surface behavior, pressure-overclosure=linear（法向）

2

*surface interaction, name=P-Hertz（顆粒與顆粒）

*friction

0.3

*surface behavior, pressure-overclosure=Hertz

10

 

 

在step-1的語句塊之內插入

 

*particle generator flow, generator=part-2-1.sand（開始生成顆粒）

totalflow, MassFlow（之前定義的幅值曲線，一個控制產生的速度，一個控制顆粒的初始速度，如果初始速度過小，會占據相當的空間，阻礙了顆粒的生成，具體參見幫助文檔）

*dload

part-2-1.sand,grav,9800,0,0,-1（生成的dem收到重力作用）

*contact（定義接觸）

*contact inclusions（哪些面相互接觸）

part-2-1.sand,part-2-1.sand

part-1-1.in,part-2-1.sand

*contact property assignment（對應的接觸面特性）

part-2-1.sand,part-2-1.sand,P-Hertz

part-1-1.in,part-2-1.sand,P

 

（11）提交計算后處理。利用view-overlay plot功能得到效果如圖9。

 

圖9

來源：ABAQUS在巖土工程中的應用