粒子動力學
關注創建者：Yuxin_6668 創建時間：2020-07-27
粒子動力學的視頻教程
CEL、SPH、DEM傻傻分不清
最常用的包括：1、與專業CFD協同分析；2、CEL（耦合的歐拉拉格朗日方法）3、SPH（光滑粒子動力學）。同時對于一些顆粒流動的模擬，Abaqus也支持DEM（離散元法）的應用。 對于CEL、SPH、DEM這三種方法的使用場景與設定，通常對于仿真應用工程師來說會傻傻分不清。本次分享基于這三種方法的原理與基礎實現方法進行講解，結合案例介紹三種方法的不同應用。
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粒子動力學的實例教程
精通OpenFOAM中的拉格朗日粒子動力學-全套案例-中文字幕（srt）
精通OpenFOAM中的拉格朗日粒子動力學 | Mastering Lagrangian Particle Dynamics In Openfoam
MP4 | 視頻：h264, 1920x1080 | 音頻：AAC, 44.1 KHz
語言：英語 | 大小：2.50 GB | 時長：2小時10分鐘
學習歐拉-拉格朗日CFD、粒子追蹤、耦合、DPM和MPPIC，并進行OpenFOAM實操模擬
您將學到什么
理解CFD中歐拉-拉格朗日粒子建模的基礎知識
在OpenFOAM中設置和運行拉格朗日粒子模擬
使用單向耦合求解器在預計算流場中進行粒子追蹤
實現粒子與流體流動之間的雙向耦合
配置粒子注入、力和插值方案
模擬粒子-壁面相互作用（反彈、逃逸、吸收）
模擬具有質量和動量交換的表面薄膜行為
應用DPMFoam將粒子體積效應納入流場
設置MPPIC模擬用于密集粒子流，無需逐對碰撞追蹤
使用ParaView可視化并分析結果，解讀含粒子流動行為
課程要求
具備流體力學基礎理解（速度、壓力、守恒定律）
具備CFD概念入門知識（網格、邊界條件、離散化）
熟悉OpenFOAM基礎（運行簡單案例）
能夠熟練使用Linux/終端環境
具備ParaView可視化基礎經驗（有幫助但不是必需的）
課程描述
本課程提供了使用OpenFOAM進行拉格朗日粒子動力學的完整且結構化的學習之旅，引導您從基礎概念到真實世界CFD模擬中使用的高級密集粒子流建模技術
展開 Rocky 當前與 Ansys Workbench 環境的集成能夠與Ansys Fluent和Ansys Mechanical耦合，分別用于計算流體動力學 (CFD) 和有限元分析 (FEA) 仿真。Fluent 耦合使您能夠執行多物理場建模以模擬流體如何影響粒子流，和/或粒子如何影響流體的流動。Rocky DEM 可以與 Mechanical 結合使用來模擬破損或模擬結構應力如何受多體動力學運動的影響。Rocky 還與 Ansys Motion 耦合，當與 CFD 和/或 FEA 耦合結合時，可以對涉及散裝材料運動的完整機械系統進行靈活和全面的仿真。
該集成使您能夠模擬咖啡研磨機中研磨的豆子、糖果殼包裹的巧克力、粘在擋風玻璃上的雨滴、雪地摩托在新鮮粉末上行駛或灰塵和紅雀可能影響電器等現象。例如，Sub-Zero 使用 Rocky來定義和表示相關的空氣傳播材料，以模擬它們如何影響冰箱的熱交換器效率。Rocky 具有內置功能，可以使用通過虛擬鍵連接的球柱體元素對纖維材料進行逼真建模。
換熱器的 Ansys Fluent 速度仿真結果。底部：Ansys Rocky 預測的粒子沉積。
Rocky 還結合Ansys Maxwell和 Ansys EMA3D Charge 來研究受電磁 (EM) 場影響的帶電粒子。EM 求解器計算的磁場作為點云導入 Rocky。
現有集成還使您能夠通過Ansys optiSLang過程集成和設計優化軟件執行設計優化分析。
充滿可能性的世界
從農田到工廠，從礦山到制藥和醫學實驗室，Ansys Rocky 的機會似乎無窮無盡。我們期待與 Rocky 團隊更緊密地合作，將粒子動力學應用擴展到 DEM 的傳統范圍之外。
文章來源：ansys博客
展開 有限單元轉化成SPH粒子，可參考本人帖子：
https://www.yqgqt.org.cn/post/435476
概述
光滑粒子流體動力學（SPH）方法是一種無網格數值方法。通常的有限元分析中需要定義節點和單元，而該方法用點的集合來描述給定的部件，無須定義單元。在SPH法中這些點通常被稱為粒子或擬顆粒。
圖1中對比了兩種方法。兩個離散模型描述的都是瓶子里裝的液體。左邊的模型是由流體占據的傳統四面體網格；在右邊，同樣的流體體積是由離散點的集合表示的。注意，后者情況下沒有網格連接這些點（粒子），它們無需像左邊傳統的有限元定義多節點單元從而保持連通性。在ABAQUS中除了直接定義SPH粒子外，還支持先定義傳統的連續單元，然后在分析開始時或在分析過程中將單元網格自動轉換成粒子。
圖1 有限單元和SPH顆粒的分布
光滑質點流體動力學（SPH）是一種純拉格朗日方法，它允許通過插值性質直接離散化一個給定的連續性方程組而無需定義空間網格。SPH的主要優勢是無固定網格，對于流體流動、結構大變形和自由表面等難題，該方法處理得相對自然恰當。
SPH的核心并非基于在壓縮中彼此碰撞或在張力作用下表現出粘性行為的離散顆粒(球)。相反，它是將連續偏微分方程組巧妙離散化的一種方法，這一點與有限元法非常相似。SPH利用插值來近似域中任意點的場變量值，粒子某個變量值通過對相鄰粒子對應的值疊加求和來近似，這些粒子以下角標j來區分，其核函數為W（非零）如下。
SPH的核心是核函數，它可以被理解為一種在一定光滑長度h范圍內其他臨近粒子對研究粒子影響程度的權函數，如圖2所示。其中，光滑長度h決定了對某個點的插值產生影響的粒子數目。
展開 在非晶態合金形成過程中，存在長時結構弛豫與短時次級弛豫（弛豫）并存的多重動力學行為，次級弛豫的行為表征以及微觀機制是目前非晶合金研究中的關鍵問題。
中國科學院物理研究所/北京凝聚態物理國家研究中心極端條件物理重點實驗室汪衛華研究組和北京理工大學呂勇軍課題組合作，采用分子動力學方法研究了非晶CuZr合金薄膜的弛豫動力學行為。在非晶態合金的弛豫動力學研究方面取得新進展，揭示了二維非晶合金薄膜材料中次級弛豫形成的微觀機理，發現在接近非晶態轉變的過冷區域存在快慢兩種亞模式。
這種多尺度的弛豫行為一直延續到非晶態。模擬結果進一步表明，弛豫在非晶態轉變溫度附近存在著一個動力學轉變。進一步的單粒子動力學分析發現轉變前的弛豫主要是隨機的、熱激活的單粒子跳躍，轉變后的弛豫主要是高度關聯的協同跳躍，后者與應力不均勻性存在著內在聯系，從而給出了非晶合金中弛豫的清晰物理圖像。這些結果對認識非晶的本質、調控非晶材料的物理性質具有意義。
相關研究成果發表在近期的《物理評論快報》[Phys. Rev. Lett. 120, 155501 (2018)]上，該工作得到了國家自然科學基金委的資助和支持。
另外，汪衛華研究組和北京計算科學研究中心管鵬飛研究組與中國科學技術大學物理系教授徐寧研究組合作，發現了過冷液體的動力學非均勻性和脆度之間的定量關聯性，并從恒定動力學非均勻性的角度出發給出了弛豫時間隨溫度變化的普適描述，揭示了過冷液體中動力學非均勻性與結構弛豫之間的內在關聯性。研究分析發現，從恒定動力學非均勻性的角度出發，可以得到對各過冷液體結構弛豫的普適描述：對于不同類型的過冷液體，相同的動力學非均勻性狀態下，可以得到各體系的特征時間尺度和特征溫度，利用這兩個特征參量可以很好地對所有過冷液體的弛豫時間和溫度之間關系進行標度歸一。
展開 （左圖：初始結構，右圖：變形下的結構（上圖：單鏈，下圖：領域結構））
4、耗散粒子動力學和平均場方法
耗散粒子動力學（DPD） 是CGMD的一種，但其使用允許粒子間相互作用穿越的軟勢使其適用于相分離和填充物分散結構的評估。動力學還包括水動力學效應。在平均場（MF）方法中，聚合物的每個組分表示為一個濃度（體積分數）場，用于評估相分離動力學甚至是平衡狀態。它可以與每個組分的擴散和水動力學耦合。特別是，自洽場理論（SCFT）可用于考慮聚合物鏈的形狀。在這些方法中，弗洛里-哈金斯χ參數用作組分（粒子）之間的相互作用。已經提出了使用FAMD和量子化學計算估計此參數的方法。
圖4（左）顯示了使用DPD計算的聚電解質和水的相分離結構，圖4（右）顯示了使用平均場方法計算的三組分聚合物系統的相分離（核/殼）結構。目標空間尺度為幾百納米。
圖4. 左圖：DPD計算的聚電解質相分離結構，右圖：平均場方法計算的三聚合物組分相分離結構
5、爬行動力學
通過將聚合物鏈以交纏點之間的分子量為單位進行粗粒化，可以計算基于聚合物鏈交纏結構的爬行動力學。方法包括滑動鏈模型和原始鏈網絡（PCN）模型。近年來，滑動彈簧模型[7]能夠將聚合物鏈交纏效應添加到DPD中。
圖5是聚異戊二烯（分子量約48,800）的G'（存儲模量）和G"（損耗模量）的評估。快照中的彎曲點對應于交纏點。
圖5. 通過PCN評估粘彈性（左圖：快照，右圖：主曲線）
6、連續體模型
使用DPD和平均場方法獲得的相分子結構，可以基于連續體模型進行有限元方法（FEM）計算，以評估平均彈性模量和熱導率等物理性能。各組分的材料性能作為參數輸入。
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關鍵詞：AIMD；xtb；富勒烯；分子動力學
背景介紹
富勒烯是一類具有高度對稱性的碳分子，其獨特的結構使其在材料科學、化學反應、納米技術等領域具有廣泛的應用前景。富勒烯的形成過程涉及復雜的反應機制和分子間相互作用，因此，研究其形成機理對于理解富勒烯合成的熱力學和動力學特性至關重要。傳統的實驗方法難以從原子尺度揭示富勒烯的形成過程，而基于從頭算（AIMD，Ab Initio Molecular
Adams（Automatic Dynamic Analysis of Mechanical Systems）是全球多體動力學仿真領域的標桿軟件，由 MSC Software 公司開發（現隸屬于 Hexagon 集團），憑借領先的虛擬樣機技術，成為汽車、航空航天、重型機械等行業系統級動力學分析的首選工具，全球市場占有率超 60%。
一、軟件核心介紹
Adams 是集建模、求解、可視化
隨著非化石能源開發與儲能技術的跨越式發展，新能源汽車及高密度數據中心對儲能設備的能量密度提出了極高的要求。在充放電循環中，動力電池內部高能量密度的上升往往伴隨巨量熱流的產生。若無法及時耗散熱量，局部熱點的積聚不僅會加速電池老化，在極端工況下更易引發熱失控（Thermal Runaway），導致電池起火乃至爆炸的災難性后果。因此，構建高效、安全的熱管理系統是突破產業瓶頸的核心任務。
傳統的空氣冷卻與間接式液冷存在接觸熱阻大
使用火災動力學模擬器(FDS)完成火災CFD模擬課程（英）
發布于2026年3月
MP4 | 視頻：h264, 1920x1080 | 音頻：AAC, 44.1 KHz, 雙聲道
語言：英語 | 時長：12小時45分鐘 | 大小：9.42 GB
**FDS實用火災建模 — 熱釋放速率、暖通空調、控制系統及高級CFD
基于LS-DYNA軟件，巖石采用近場動力學方法建模，滾刀為剛體，參考文獻如下
復現模擬
關鍵詞：GROMACS；小分子；自組裝；分子動力學；回轉半徑
背景介紹
小分子自組裝過程廣泛存在于材料、生命與能源體系中，其微觀機理關乎膠束/囊泡形成、層狀有序相的出現以及功能納米結構的穩定性。相比僅觀察宏觀現象，分子動力學（MD）能在原子尺度直接揭示小分子的自組裝機理，直觀體現其自組裝過程，從而為藥物，納米材料設計提供理論依據。
本案例基于GROMACS軟件，模擬分析匹格列酮四聚體的分子自組裝過程
工程系統動力學、建模、仿真與設計：拉格朗日圖與鍵圖方法
工程系統動力學、建模、仿真與設計.epub
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英文 |EPUB（真實）|2021年 |217頁 |ISBN ：無 |20.4 MB
本書介紹了有效的系統建模方法，包括拉格朗日圖和鍵圖，以及相關工程軟件工具20-sim的應用。內容面向工程學生和該領域的專業人士，支持他們理解和應用這些建模
工程系統動力學、建模、仿真與設計：拉格朗日圖與鍵圖方法
工程系統動力學、建模、仿真與設計.epub
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英文 |EPUB（真實）|2021年 |217頁 |ISBN ：無 |20.4 MB
本書介紹了有效的系統建模方法，包括拉格朗日圖和鍵圖，以及相關工程軟件工具20-sim的應用。內容面向工程學生和該領域的專業人士，支持他們理解和應用這些建模
精通OpenFOAM中的拉格朗日粒子動力學-全套案例-中文字幕（srt）
精通OpenFOAM中的拉格朗日粒子動力學 | Mastering Lagrangian Particle Dynamics In Openfoam
MP4 | 視頻：h264, 1920x1080 | 音頻：AAC, 44.1 KHz
語言：英語 | 大小：2.50 GB | 時長：2小時
感興趣的下滑預約學習??
時間：4月29日（星期三），15:30-16:30
內容簡介：
SPH（光滑粒子流體動力學）是一種拉格朗日無網格方法，Ansys SPH產品由于沒有網格約束的限制，在許多模擬場景中更加靈活，尤其擅長模擬復雜自由液面情景（如飛濺和噴淋）以及涉及運動物體的應用場景。
