Hertz模型
關注創建者：趙蒙蒙蒙 創建時間：2019-04-26
Hertz模型的實例教程
摘要:對轉子系統轉、定子碰摩故障的過程進行了研究,建立了一個基于Hertz 接觸理論的轉子非
線性碰摩模型。通過對不同碰摩模型進行理論分析及數值仿真的對比研究表明:基于Hertz 接觸
理論的非線性碰摩模型能更深刻地反映轉、定子碰摩過程的本質特征,具有較好的實用價值。
關鍵詞:Hertz 接觸理論;轉子;碰摩;非線性
四、DEMms軟件主要技術指標
計算規模：
顆粒數量：計算顆粒數>109，可處理物理顆粒數>1014
并行計算：支持支持上萬CPU核心的并行計算，并行效率>45%
GPU加速：支持GPU加速計算
不規則顆粒功能：
支持球形填充
支持柔性顆粒
支持異性顆粒
顆粒間作用模型：
支持線性歷史模型、線性模型、Hooke歷史模型、Hooke模型、Hertz歷史模型、Hertz模型
支持滾動摩擦模型、液橋力模型、顆粒粘性作用模型
支持顆粒傳熱模型，包括Watson模型和Batchelor模型
幾何壁面功能：
支持基礎幾何建模，包括平面、圓柱、圓臺、圓面、圓環面、長方體、球體、球缺、斜面等
支持運動幾何壁面，包括振動、垂直振動、旋轉等
支持STL壁面，包括靜止、繞軸旋轉、單軸振動、雙軸振動、分段平動等
流體耦合計算：
支持化學反應
支持粗粒化模型，包括EMMS模型、軟殼層顆粒團碰撞粗粒化模型、傳遞和反應粗粒化模型
支持笛卡爾正交六面體網格和普通網格
顆粒-流體作用模型：
支持顆粒-流體曳力模型
支持顆粒-流體壓力梯度力
支持顆粒-流體-顆粒傳熱模型
支持顆粒-流體對流傳熱模型
支持顆粒溫度迭代模型
支持核函數法統計顆粒體積分數
支持濕顆粒氣流干燥模型，考慮顆粒-氣流傳熱過程
展開 EDEM作為全球首個多用途離散單元法建模軟件，采用先進的建模技術，可以快速準確地建立煤塊、礦石、土壤、藥片等各類固體散料的模型，可用于工業生產中的顆粒處理及其制造設備的生產過程的仿真與分析。
用戶可以使用 EDEM 輕松快速地創建顆粒實體的參數化模型。為了反應出實際顆粒的形狀，用戶還可以將 CAD實體模型直接導入EDEM ，這大大增加了其仿真的準確性。
此外，也可以將力、材料和其他物理特征添加到 EDEM中，形成顆粒模型。這些特征可以保存到軟件的數據庫當中，以便用戶建立個性化的模型處理環境。
EDEM 可以設定每個顆粒的屬性（質量、速度等）及施加在顆粒上的力的信息。它能夠將顆粒的各種形狀考慮在內，而不是簡單地假定所有顆粒都是球形 。EDEM為工程的后處理提供了數據分析 、顆粒流的三維可視化和視頻制作等功能。EDE的Particle Factory （顆植工廠）技術為生成顆粒集合提供了獨特、高效的方法：機械幾何體可以從 CAD 或 CAE中以實體模型或網絡模型的形式導入到 EDEM中。機械零件可以劃分為組 ，還可以分別設定每個組的動力參數。在 EDEM中可以完成機械元件的組裝，還可以設定每個部件的運動特性。
EDEM提供了豐富多樣的接觸模型，比如Hertz-Mindlin模型，用于常規顆粒的接觸作用；Hertz-Mindhn with JKR 模型，用于藥粉等粉體顆粒和農作物、礦石、泥土等含濕物料，顆粒間因靜電力、含濕水分等原因發生明顯粘結和團聚；Hertz-Mindhn with RVD Rolling Friction 模型，在基本的Hertz-Mindlin模型基礎上調整滾動摩擦力的計算方式，適于強旋轉體系對物料滾動特性有嚴格要求的問題。
展開 周期性邊界真三軸標定參數研究示例 ￥69
周期性邊界是離散元中的邊界的一種，如果模型的上下邊界為周期性邊界，顆粒如果從上往下運動透過下邊界，那么這個顆粒將會從上邊界運動到模型域內，如下圖。
但是，目前基于離散元（DEM）的模擬大多采用剛性墻作為邊界，從而控制土單元試樣的應力路徑。由于剛性墻的邊界效應比較強，對于一些比較特殊顆粒級配、特殊顆粒形狀的試樣的模擬結果其實不太理想。目前，很多科研文章在用真三軸標定參數的時候，很多都采用周期性邊界的真三軸試驗。本文，將基于PFC6.0模擬低應力水平的三軸壓縮，并復現了Ciantia[1]關于楓丹白露砂的參數研究，其中主要的難點在于編寫周期性邊界的應力伺服程序（參考了Help文件），試樣內孔隙比、配位數、顆粒級配、應力的測量。
模型描述
試樣尺寸：3mm×3mm×3mm立方體
邊界：整個模型沒有用wall，立面體邊界都是周期性邊界
土樣：模擬砂土，特定顆粒級配，采用赫茲接觸模型
顆粒級配：
接觸參數：（hertz接觸模型）
并禁止顆粒旋轉！！！
建模流程
首先是生成試樣、然后在等向壓力為10kPa下預壓到制定孔隙比（通過調節顆粒的摩擦系數）、接著各向同性固結到圍壓為100kPa、最后在z方向施加偏壓。
結果
生成的試樣并具有特定的級配：
預壓后得到了想要的孔隙率大概0.385：
各向同性固結到100kPa，看看此時的力鏈，還是很均勻的，邊界上并沒有特別的應力集中：
這里我們給出豎向應力（注意不是剪應力！）-豎向應變的關系圖
可以清晰的看到有一個小的應變軟化的階段，說明我們的試樣處于一個稍微偏密的狀態。
然后是體應變與豎向應變的關系：
也可以看出是先剪脹后剪縮的。
展開 摘要：本研究設計一臺雙鎮壓輥結構花生播種單體，并采用基于DEM-MBD耦合的方法建立了幾組作業過程的仿真動力學模型。通過參數化方法選用合理的力學模型。獲取仿真所需參數和設置仿真參數等一系列操作完成了耦合模型的建立。研究表明，基于DEM-MBD耦合的方法為花生播種單體作業性能評價和機具設計提供了一種新研究方法。
關鍵詞：花生播種，離散元，多體動力學，耦合仿真
一、研究背景及目的
花生，原名落花生，是我國產量豐富、食用廣泛的一種堅果，也是世界上最主要的經濟作物與油料作物之一。我國的花生種植面積非常廣泛，由圖1可以看出全國各地基本均有種植地區。但由于近年來氣候變化等自然和人為原因導致花生產量銳減。因此，我們在人為原因造成的花生減產方面進行控制。如圖2所示為2023年某教授團隊研究了一款2BMF-48花生覆膜播種機，這是國內目前較為先進的花生播種機。該款花生播種機適用于有覆膜要求的花生播種方法，能一次性完成花生的播種及覆膜過程。但是，目前花生播種單體起壟質量大多都是能夠滿足現在生產要求，但是效果不理想。為了研究提高花生播種單體起壟質量，本研究采用DEM-MBD耦合的方法設計花生播種單體，并對其進行驗證，確保其準確性。
二、建模過程
本研究設計的機具主要由施肥開溝器、圓盤回填器、起壟鏟、牽引裝置、肥箱、變速箱、種箱、排種器、傳動裝置、主機架、及鎮壓裝置等組成，如圖3所示。
接觸的土壤部分選用Hertz-JKR模型，土壤顆粒模型分為1球、3球、3球，如圖4所示。土槽模型的長寬高分別為4000mm、1200mm、300mm，如圖5所示。
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四、DEMms軟件主要技術指標
計算規模：
顆粒數量：計算顆粒數>109，可處理物理顆粒數>1014
并行計算：支持支持上萬CPU核心的并行計算，并行效率>45%
GPU加速：支持GPU加速計算
不規則顆粒功能：
支持球形填充
支持柔性顆粒
支持異性顆粒
顆粒間作用模型：
支持線性歷史模型、線性模型、Hooke歷史模型、Hooke模型、Hertz歷史模型、Hertz模型
接觸的土壤部分選用Hertz-JKR模型，土壤顆粒模型分為1球、3球、3球，如圖4所示。土槽模型的長寬高分別為4000mm、1200mm、300mm，如圖5所示。
花生品種挑選“豫花22”，隨機挑選1000粒，想對花生進行建模，需要先對實際的花生種子其進行分類、三軸尺寸測量，如表1與表2所示，根據數理統計結果建立花生模型，如圖6所示。
在AVL FIRE M中，考慮了閃急沸騰發生時流體熱力學平衡狀態的變化，采用先進的Hertz Knudsen模型進行閃急沸騰傳質速率的建模。圖3展示了進行多組分多相流噴組仿真的圖形界面。模型中激活了Multiphase模塊和Species transport模塊，在species mass transfer界面，用戶需要指定發生閃急沸騰的液相組分和對應的氣相組分。
保存模擬
6 定義DEM顆粒相間作用
使用Hertz-Mindlin模型來模擬這些情況下的接觸效應。為了考慮顆粒表面之間的分子間吸引力，例如范德華力或凝聚力，案例選擇了線性凝聚模型。
模型描述
試樣尺寸：3mm×3mm×3mm立方體
邊界：整個模型沒有用wall，立面體邊界都是周期性邊界
土樣：模擬砂土，特定顆粒級配，采用赫茲接觸模型
顆粒級配：
接觸參數：（hertz接觸模型）
并禁止顆粒旋轉！！！
在該過程中，齒輪的碰撞力合力依靠輪齒的相互接觸來傳遞，采用 Hertz 接觸力學模型可以描述接觸面之間的彈性作用。此時，齒輪副碰撞振動模型，如圖3 所示。圖中齒輪副兩齒面由接觸彈簧連接，kc 表示齒面接觸剛度。
VOF壓力出口邊界條件改進
Hybrid NITA 支持混合多相流模型
建議使用hybrid NITA
采用Hybrid NITA時不穩定性探測器的改進
引入了一種基于界面網格的新型CFL類型，實現了不穩定檢測器與全局Courant數的同步
廣義傳質模型（Beta）
新增的傳質模型
EDEM提供了豐富多樣的接觸模型，比如Hertz-Mindlin模型，用于常規顆粒的接觸作用；Hertz-Mindhn with JKR 模型，用于藥粉等粉體顆粒和農作物、礦石、泥土等含濕物料，顆粒間因靜電力、含濕水分等原因發生明顯粘結和團聚；Hertz-Mindhn with RVD Rolling Friction 模型，在基本的Hertz-Mindlin模型基礎上調整滾動摩擦力的計算方式，適于強旋轉體系對物料滾動特性有嚴格要求的問題
EDEM軟件為用戶提供了專用的土壤模型案例包，該案例包中包含了8種適用于土壤仿真的力學模型，充分考慮了土壤的物理特性和力學特性，這包括3種同時考慮土壤彈塑性變形和含水量的不同參數的EEPA接觸、2種考慮塑性變形的Hysteristic Spring模型、2種考慮土壤粘性的JKR模型以及1中不考慮粘性和可壓縮性的Hertz Mindlin模型，用戶在使用時可按照引導選擇正確的力學模型。
EDEM軟件為用戶提供了專用的土壤模型案例包，該案例包中包含了8種適用于土壤仿真的力學模型，充分考慮了土壤的物理特性和力學特性，這包括3種同時考慮土壤彈塑性變形和含水量的不同參數的EEPA接觸、2種考慮塑性變形的Hysteristic Spring模型、2種考慮土壤粘性的JKR模型以及1中不考慮粘性和可壓縮性的Hertz Mindlin模型，用戶在使用時可按照引導選擇正確的力學模型。
