離散單元法
關注創建者：匿名 創建時間：2021-11-16
離散單元法的視頻教程
基于離散單元法的灌注過程分析-DEM-3D
本教程最大的亮點在于采用Discrete Element Method (離散單元法）對粉末狀材料進行了模擬。采用傳統的Lagrangian網格對漏斗和地面進行建模。二者之間通過關鍵字*DE_TO_SURFACE_COUPLING 進行計算數據的交換，從而實現粉末材料和結構體的相互作用。希望該視頻對大家的仿真工作有所幫助和啟發。
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Altair EDEM離散元仿真技術及工程應用網絡研討會
Altair EDEM離散元仿真技術及工程應用網絡研討會 適用人群：重工、農業機械、采礦、制藥、運輸、高校等行業人員 Altair EDEM離散元仿真技術及工程應用網絡研討會 【已結束】 直播時間：2020-03-05 19:30 Altair EDEM采用先進的離散單元法（DEM）建模技術，可以快速準確地建立煤塊、礦石、土壤等各類固體散料的模型
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離散單元法的實例教程
離散單元法的原理與之類似，其最核心的思想便是通過大量的顆粒單元來模擬實際的研究對象，通過求解每一個顆粒的運動狀態來反映實體結構或者微觀結構的力學行為。
離散單元法的一般求解過程為：
將求解空間離散為離散元單元陣,并根據實際問題采用連接元件（即接觸模型）將相鄰單元連接起來；單元間相對位移是基本變量，由力與相對位移的關系可得到單元間法向和切向的作用力；對單元在各個方向上與其它單元間的作用力以及其它物理場對單元作用所引起的外力求合力和合力矩，根據牛頓運動第二定律求得單元的加速度；對其進行時間積分，得到單元的速度和位移。從而得到所有單元在任意時刻的速度、加速度、角速度、線位移和轉角等物理量。
在離散單元法中，接觸模型用來計算接觸力，進而計算顆粒的運動信息，是離散元法的理論核心。Cundall等最先提出的是簡單的彈簧-阻尼器接觸模型，如圖1 (a) 和 (b) 所示。圖中，kn、ks分別為法向和切向剛度，dn和ds分別為法向和切向阻尼。
圖1 接觸模型
上述接觸模型未考慮接觸上的顆粒滾動效應，顆粒容易發生轉動，導致數值模擬結果與實際情況有較大出入。Iwashita和Oda[3,4]引入接觸力矩，提出了抗滾動接觸模型，見圖1 (c)。圖中，kr和dr分別為滾轉剛度和滾轉阻尼。
3. Application Field
離散單元法的應用領域
隨著離散單元法理論的完善，該方法逐漸被人們所熟悉并應用于各個科學領域。
展開 離散單元法誕生的背景
巖土，經受長期的地質構造作用，在一定的地質環境中形成一定的結構，顯現出寬廣和多變的材料響應范圍。與一般的工程材料相比，它顯現出結構上的不連續性、不均勻性和各向異性，且在物理力學性質上存在非線性。巖土材料的這些特性促使了許多數值模擬方法的發展以研究它的力學行為，如有限差分法、有限單元法和離散單元法。能夠模擬連續和非連續材料各力學行為的數值模擬工具已成為了研究者們追求的目標。
在巖土工程的早期研究階段，太沙基、比奧等先賢們讓碎散的土擁有了和其他連續介質一樣的“方程”，使得連續介質的理論也能夠為其所用。隨著計算機技術的發展以及科學研究的深入，基于連續介質理論的計算方法難以滿足研究者們對于計算精度的要求。受到分子動力學原理的啟發，在20世紀70年代，Cundall P. A. 教授[1]首次提出了一種顆粒離散體材料的分析方法，即離散單元法（Discrete Element Method），并將其應用于巖石塊體力學問題的分析。為了研究顆粒尺度上顆粒集合體的力學特性，1979年Cundall和Strack[2]又提出了適用于土力學的離散單元法。與常規有限單元法不同的是，離散單元法允許單元間的相對運動，不一定滿足位移連續和變形協調條件，計算速度快且所需的存儲空間較小，特別適用于巖土體材料的大變形/位移的分析。在隨后的幾十年中，離散單元法的應用領域不斷拓寬，逐漸被應用于散狀物料、粉體工程等領域。
2. 離散單元法的基本原理
世界上所有的物體都是由原子組成的，原子之間相互作用，進而構成分子、實體，并在外界作用下發生運動。理論上，如果知道了每一個原子的運動狀態，那么由這些原子所構成的實體的運動狀態便是確定的。
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離散單元法及其在巖土力學中的應用.part1.rar
顆粒離散單元法（DEM）由于對每個顆粒單元應用牛頓第二定律，在接觸位置應用力-位移定律并不斷更新，顆粒單元運動不受變形量的限制，在研究巖土體失穩大變形問題時優越性顯著。
為了能夠采用顆粒離散單元法（DEM）正確有效地模擬斜坡等巖土體震裂破壞及運動大變形的全過程，建立合理的DEM動力人工邊界顯得尤為關鍵。
本案例計算了在離散元PFC中進行人工邊界的兩種方法：（1）高阻尼法，（2）黏性人工邊界。同時還對固定人工邊界的情況進行了對比
其中高阻尼法的原理是為邊界處的顆粒設置局部阻尼系數為1.0，以避免邊界處的波動反射。
黏性人工邊界的方法則是基于人工邊界的理論實現的，（參考了這篇論文，表以敬意。周興濤,盛謙,崔臻,冷先倫,付曉東,馬亞麗娜.顆粒離散單元法動力人工邊界設置方法[J].巖土力學,2018,39(07):2671-2680+2690.）
顆粒離散單元數值模型的黏性邊界條件設置條件如下：
本算例實現了在顆粒流PFC對黏性人工邊界的模擬。本算例進行了一維波的測試，并模擬對比了兩種人工邊界的模擬方法。
首先建立模型，在邊界墻體的伺服功能下平衡模型：
刪除邊界墻體，對右側邊界附近的顆粒運動進行約束模擬邊界，對于高阻尼的方法模擬是為右側邊界處的顆粒設置局部阻尼系數為1.0。黏性人工邊界的方法則是對邊界顆粒施加荷載，吸收掉入射的波動能量，以模擬無限介質。為左側邊界附近的顆粒施加脈沖波。
固定邊界模型中部處球顆粒的水平速度時程曲線如下：
高阻尼邊界模型中部處球顆粒的水平速度時程曲線如下：
黏性邊界模型中部處球顆粒的水平速度時程曲線如下：
付費內容為算例的完整代碼。
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離散單元法的最新內容
工程師還使用Ansys Rocky顆粒動力學仿真軟件進行離散單元法（DEM）-CFD耦合，以確定吸附劑接觸器材料在以不同速度與空氣相互作用時的行為。Barasa表示，這可以提供對所需空氣閾值速度的關鍵參數研究，以準確確定不同吸附材料的風扇和鼓風機尺寸。
隨著數值模擬技術的迭代升級，計算流體動力學（CFD）與離散單元法（DEM）軟件逐漸成為破解這一難題的關鍵工具。它們以精準的數值計算為基礎，將流化床內部不可見的復雜過程可視化、可量化，為設備設計優化提供了從宏觀到微觀的全方位支撐，徹底改變了傳統研發模式，推動石油石化流化床工藝邁向高效化、精細化發展新階段。
<p> Ansys Rocky 是一款行業領先的離散單元法（DEM）軟件，主要用于模擬顆粒和不連續材料的運動，可快速準確地模擬顆粒流，在多個工業領域有著廣泛應用。可應用于石油和天然氣、農業、制藥、采礦等多個行業，用于模擬輸送機 chute、磨機、混合器等物料處理設備中的顆粒流動行為，幫助工程師優化設備設計，提高工藝效率，降低成本。
</p><p>大家都知道DEM（離散單元法）是模擬顆粒流動以及巖土類介質破壞的重要工具，業界鼎鼎大名的Altair-EDEM、PFC以及ANSYS-RockyDEM都是解決顆粒物質力學仿真的明星產品。但是，作為顯式動力學計算鼻祖的LS-DYNA也是早早引進了DEM方法，并提供了多物理場耦合的強大功能。
本文演示了如何在Abaqus中使用離散元方法（DEM）分析攪拌機中不同顆粒介質的混合。
應用描述?
旋轉滾筒攪拌機和滾筒磨機用于礦石和顆粒材料的研磨、混合和干燥。此類應用可見于采礦等廣泛的工業領域。包括顆粒的形狀、大小、密度和接觸剛度；摩擦；顆粒間的粘附力；旋轉速度；以及滾筒軸的傾斜度在內的多個因素會影響在給定時間內所能達到的混合水平。這些因素也會影響操作混合器所需的能量量。離散元方法
先后提出了全新多面體 – 超橢球體接觸判斷算法和接觸解析算法、中心對稱非球形顆粒體系臨界時間步長理論、離散單元法膠結模型與顆粒破碎理論，并將離散單元法膠結模型廣泛用于巖土工程與工業制造領域。
先后提出了全新多面體 – 超橢球體接觸判斷算法和接觸解析算法、中心對稱非球形顆粒體系臨界時間步長理論、離散單元法膠結模型與顆粒破碎理論，并將離散單元法膠結模型廣泛用于巖土工程與工業制造領域。
</p><p><br></p><p>但是如果問題規模特別大，例如數百萬顆粒的時候，單GPU可能面臨存儲空間不足的情況 (離散單元法不僅計算量大，存儲空間占用也很大)。目前主流計算機內存條 (RAM) 高達32-64GB，但是一張 30 或者 40 系的Nvidia顯卡，其顯存 (VRAM) 只有幾個GB。
關鍵詞：纖維取向；柔性纖維；離散單元法；漸縮流場；力學性能
0 前言
碳纖維/環氧樹脂基復合材料(CF/EP)在航空航天、風電、交通等大型承力構件制造中得到廣泛應用[1]，尤其在航空航天方面，常用來制造發動機殼體、蒙皮等重要部件，可以發揮碳纖維復合材料輕量化、高強度等優勢[2]。
