DEM仿真的案例
CFD與DEM仿真如何提升石油石化流化床工藝效率？
同時，DEM 能精準預測顆粒碰撞頻率與能量傳遞規律，為評估催化劑磨損風險提供數據支持。某煉化企業借助 DEM 優化流化床內部構件布局，將催化劑磨損率降低20%-30%，延長催化劑使用壽命 40%，每年減少催化劑更換成本超百萬元。
DEMms非規則顆粒模擬
針對顆粒團聚這一行業難題，DEM 仿真同樣提供了有效解決方案。通過設定顆粒間相互作用參數，可模擬團聚形成與發展過程，進而制定針對性優化策略 —— 如調整操作氣速、添加分散劑等，實現顆粒均勻分散，保障氣固兩相高效接觸，為反應效率提升掃清障礙。
四、CFD-DEM 耦合：打破多相流壁壘，實現全維度優化
在實際流化床系統中，氣固兩相存在強耦合作用，單獨使用CFD 或 DEM 難以全面反映系統真實狀態。CFD-DEM 耦合仿真技術，通過雙向數據傳遞實現氣固兩相行為的協同模擬 ——CFD 計算的流體場數據為顆粒運動提供外力輸入，DEM計算的顆粒運動信息反哺流體場方程更新，從而精準復現氣固兩相相互作用的復雜過程。
CFD-DEM耦合技術
在大型氣固循環流化床設計中，耦合仿真展現出強大優勢。此類設備包含提升管、下降管、旋風分離器等多組件，氣固流動狀態復雜。借助 CFD-DEM 耦合技術，可模擬全回路內氣固兩相分布特征、傳熱傳質效率及設備磨損情況。以循環倍率優化為例，通過仿真可明確不同倍率下的能耗、反應效率與磨損風險，最終確定 “效率 - 能耗 - 壽命” 平衡的最佳參數。某能源企業通過耦合仿真優化后，循環流化床的能量利用率提升 8%-10%，設備年均維護成本降低 15%，實現了經濟效益與工藝性能的雙重提升。
展開 基于LS-DYNA的ALE和DEM耦合爆炸仿真（k文件） ￥50
<p>LS-DYNA中的ALE和DEM耦合爆炸仿真（k文件）</p><p><br></p><figure style="text-align: center;" class="ql-align-center">
<figure class="figure-image" contenteditable="false" data-img="https://img.jishulink.com/202601/attachment/9f8cfec0517043959ec9fbaab3ef58ae.gif" style="display: inline-block;" data-regular="true">
<img src="https://img.jishulink.com/202601/attachment/9f8cfec0517043959ec9fbaab3ef58ae.gif" data-mobile-src="https://img.jishulink.com/202601/attachment/9f8cfec0517043959ec9fbaab3ef58ae.gif?image_process=/format,webp/quality,q_40" data-pc-src="https://img.jishulink.com/202601/attachment/9f8cfec0517043959ec9fbaab3ef58ae.gif?
展開 線上會議丨離散元仿真技術（DEM）如何解鎖食品制造新‘食’代"？
通過此次會議，您將收獲：
探索如何通過離散元仿真（DEM）優化關鍵工藝與產品設計；
了解仿真如何有效替代高成本的物理實驗，降低研發投入；
借助來自行業與高校的真實案例，汲取創新應用靈感；
深入了解 DEM 如何與機器學習、數字孿生等前沿技術融合；
與食品與飲料領域的專業人士在線交流、碰撞思維。
仿真應用 | Rocky DEM與ANSYS Fluent聯合仿真
包建業
南京安世亞太公司
近年來，作為RockyDEM（離散元仿真工具）母公司的ESSS公司，其與ANSYS公司的合作逐漸加深。一方面，在銷售途徑上，其可以借助ANSYS公司的銷售渠道；另一方面，Rocky DEM已經實現了與ANSYS產品的技術聯合開發，其可以使用ANSYS的前后處理工具，并且能夠實現與ANSYS產品的快速耦合計算，以及參數優化等功能。
圖1-Rocky DEM可以集成在ANSYSWorkbench平臺下
DEM-CFD耦合方法對模擬顆粒-流體系統的作用非常巨大，能以數值仿真來擴大顆粒-流體耦合的模擬處理范圍。復雜的物理現象，如氣力輸送、顆粒干燥、研磨機內漿液流動、甚至是顆粒與流體之間的化學反應，都可以借助這種方法來實現仿真和分析。
圖2-Rocky與ANSYS集成后，FLUENT的計算結果可通過接口傳遞給Rocky
Rocky DEM作為ANSYS Workbench的組件，能夠與ANSYS Fluent進行耦合計算，無需借助第三方工具。其耦合方式有兩種：單向和雙向耦合。
圖3-Rocky DEM與FLUENT耦合方式
圖4-Rocky DEM與FLUENT雙向流固耦合設定界面
在進行耦合計算時，流體-顆粒相互作用的納維斯托克斯方程中的耦合項，考慮了阻力、升力浮力、虛擬質量、角動量和其他力。
展開 
Fluent實用案例 | DEM顆粒瞬態仿真
本案例利用Fluent中的DEM模型，對管道運輸進行流體仿真，主要是對管路顆粒運輸過程進行診斷，防止出現顆粒陷入死循環，導入管路阻塞和浪費。因此進行相關的管路氣力運輸可以按照本文的相關設置進行仿真計算。
1 workbench 設置
本案例具體設置如下圖 ：
2 SCDM 設置
2.1 導入幾何
本案例的管道模型十分簡單，為幾段簡易管路組成 。具體的幾何模型與邊界條件如下所示：
其中上方為入口邊界條件，下方為出口邊界條件。
3 Fluent Meshing 設置
3.1 網格設置
采用 Fluent meshing 進行網格劃分，采用四面體網格劃分，并劃分相對應的邊界層網格。具體的網格劃分如下圖所示：
4 FLUENT 設置
4.1 General設置與網格導入
首先導入網格，然后勾選為瞬態計算，并選擇壓力基求解器。打開重力選項，由于本案例是以y軸負向作為重力方向，因此需要再y出設置為-9.81m/s。
展開 DEM為赫氏公司提供仿真解決方案
通過EDEM BulkSim 可以熟練的重新設計輸送溜槽的解決方案，包括前期的物料性能測試及DEM 物料模型校準服務。
用于動態流量測試的煤炭和濾餅樣品都是取自于現場實際使用的物料。通過與物理模擬測試結果相比較，DEM 物料模型很快的被校準，在云計算平臺上使用自動參數掃描。
赫氏新的轉運站設計包括一個料斗自動閘門和頂部的鉸鏈，物料將直接順著兩個通路中的一個流下。
以前的轉運站，可以看出料斗閘門降（左）和升（右），容易積聚堵塞。
物料的顏色（藍色顯示速度較慢的物料）。赫氏集團已經決定重新設計的轉運站，提升處理的能力。
在模擬實際情況的虛擬環境下，我們的方案對各種物料進行了一系列性能測試，包括高度粘性物料。這樣可以使赫氏快速的挑選出最優的解決方案，針對解決他們的具體的生產情況。
通過EDEM BulkSim 仿真顯示，新的轉運站設計當在傳輸高粘度的物料或者在輸送流量激增的情況下，將會比預想中提供更高的吞吐量。
通過仿真，赫氏在制造轉運站之前，就能夠判定它的性能，并且通過仿真可以讓他們了解溜槽的低磨損率。
EDEM BulkSim 圖像顯示在這個區域可以可以清晰的體會到的更新后的配置（右）與原來的配置（左）上負載的滑槽相對磨損的不同。（紅色表示較高的磨損。）分析表明更新后的配置將出現較低的磨損率。
使用標準化的DEM 材料模型校準服務給赫氏提供了一個精確并且貼合實際的模擬仿真結果。
這種設計可以直接導致在啟動和調試階段，為設備的可靠性得到實實在在的好處，并為用戶提高產量，設備維護以及設備性能方面帶來益處。
EDEM BulkSim 新模擬設計的物料運行高峰流量（1 228 t/h），通過控制料斗閘門的升和降可以得到穩定可靠的流量。
展開 Abaqus DEM顆粒包裝袋跌落仿真 ￥389
包裝袋
案例：包裝袋跌落仿真
總質量12kg，外觀尺寸415×670×114mm（變形前），跌落高度1.5m，包裝材質為厚度0.14mm的聚乙烯塑料薄膜，楊氏模量724.5MPa，泊松比0.39，屈服應力10MPa。
仿真采用Abaqus DEM-FEM耦合模型，分為兩個部分，第一部分顆粒填充，獲得跌落前包裝袋的初始狀態；第二部分跌落仿真，計算包裝袋跌落的動態響應。
☆☆☆1☆☆☆-顆粒填充
為了得到跌落前包裝袋內的顆粒分布、裝料后的薄膜構型與應力狀態，先進行顆粒的填充模擬，顆粒半徑5mm，填充速率1m/s，噴口噴完顆粒，模型達到重力下的平衡之后，動能接近于零，結束仿真。
包裝袋應力
包裝袋變形與顆粒分布
☆☆☆2☆☆☆-跌落仿真
新建一個模型，用于包裝袋的跌落仿真，通過Part→Import導入顆粒填充模型的odb文件，得到變形后的包裝袋與填充顆粒，顆粒節點坐標在界面下可以顯示，但是其截面屬性、接觸定義要在輸出的inp文件里編輯。
包裝袋損傷與開裂位置
計算結果表明，由于顆粒團受到沖擊之后的橫向流動效應，袋子底部是應力水平比較高的區域，其中四個角為應力集中比較嚴重的位置，容易成為開裂起始點，開裂之后，袋子被顆粒的橫向流動撕裂。
包裝袋跌落過程應力-主視圖
包裝袋跌落過程應力-后視圖
跌落過程中提取到的地面法向接觸力有2個峰值，分別對應破裂前包裝袋的整體沖擊（峰值高，持續時間短）、和破裂后的顆粒二次沖擊（峰值低，持續時間稍長）；隨著顆粒的流出，接觸面積逐漸增大。
地面法向接觸力與接觸面積
☆☆☆3☆☆☆-Color Code渲染
最后，使用Abaqus自帶的Color Code對模型進行渲染，并另存為Marco，可以自己命名，保存到當前工作路徑下，下次打開模型可以直接運行渲染。
展開 基于DEM-MBD耦合仿真的地面車輛力學解決方案
圖3 考慮土壤粘性和可壓縮性的EEPA接觸模型仿真
2、多體動力學方法
虛擬樣機技術是當前設計制造領域的一門新技術，它利用軟件建立機械系統的三維實體模型和力學模型，在各種虛擬環境中真實地模擬系統的運動，分析和評估系統的性能。多體系統動力學是虛擬樣機技術的核心理論，包括多剛體系統動力學和多柔體系統動力學，是研究多體系統運動規律的學科。多體系統一般由若干個柔性和剛性物體相互連接所組成，其結構和連接方式多種多樣，因而動力學方程式一般都是高階非線性方程，特別是多柔體系統的動力學方程是強耦合、強非線性方程，只能通過計算機用數值方法進行求解。
車輛是一個復雜的多體系統，外界載荷的作用更加復雜多變，“人-車-路”三位一體的相互作用使車輛動力學模型的建立、分析、求解始終是一個難題。多體動力學的迅速發展為車輛動力學的研究提供了一個方便快捷的手段。由此，車輛動力學研究的力學模型逐漸由線性模型發展到非線性系統模型；模型的自由度由二自由度發展到數十個自由度，甚至到數百個上千個自由度。模擬計算也由穩態響應特性的計算發展到瞬態響應特性和轉彎制動特性的計算。目前多體動力學仿真已日漸成為國內外的各主要車輛和研究機構的通用方法和標準。目前在車輛領域廣泛應用的多體動力學仿真軟件有多種，包括MSC.ADAMS、Recurdyn、西門子公司的Virtual Lab Motion等。
圖4 ADAMS中車輛仿真
3、DEM-MBD耦合
EDEM軟件均可以實現與MSC.ADAMS、Recurdyn、Virtual Lab Motion等的耦合仿真。
展開 從 CFD 到 DEM：積鼎流體仿真技術拓展與協同互補之路
DEM 能夠將爐料顆粒視為離散個體，考慮顆粒的大小、形狀、密度以及顆粒間的摩擦力、碰撞力，還有高溫下顆粒的物理化學變化。通過 DEM 模擬，可以清晰展現爐料顆粒在高爐內的下降過程、分布情況，以及顆粒與氣流的相互作用對還原反應的影響，為優化高爐布料制度、提高鐵水質量和產量提供關鍵數據支持。
基于離散模擬軟件DEMms的高爐爐頂布料模擬
（三）制藥行業：藥物顆粒混合與制劑工藝
在制藥行業中，藥物顆粒的混合均勻度直接影響藥品質量。CFD 在模擬藥物顆粒混合過程中，通常將顆粒相簡化處理，難以準確反映顆粒間復雜的相互作用。
而 DEM 可以針對不同形狀、大小和性質的藥物顆粒，設定精確的相互作用參數。在模擬藥物顆粒在混合器中的混合過程時，DEM 能夠詳細跟蹤每個顆粒的運動軌跡，分析顆粒的團聚與分散行為，預測混合時間和混合效果。此外，在制劑工藝中，如壓片過程中顆粒的壓實和成型，DEM 也能模擬顆粒在壓力作用下的變形、位移和相互作用，幫助優化制劑工藝參數，確保藥品的質量和穩定性。
基于離散模擬軟件DEMms的藥物膠囊顆粒模擬
四、CFD 與 DEM 的耦合趨勢
CFD 和 DEM 各有特點和優勢，在一些復雜的多相流問題中，單獨使用 CFD 或 DEM 都無法全面準確地描述整個系統的行為。
CFD 與 DEM 的耦合趨勢為積鼎科技的軟件發展指明了新方向。如在氣力輸送系統模擬中，通過耦合，CFD 計算的流體參數傳遞給 DEM 計算顆粒受力，DEM 計算的顆粒反作用力反饋給 CFD，實現對氣體流動和顆粒輸送過程的全面準確模擬，深入理解系統工作機制，為系統優化設計提供更全面的依據。
積鼎科技從 CFD 延展到 DEM 軟件，是技術創新與市場需求驅動的必然選擇。這兩種軟件相互補充，在多行業應用中發揮了巨大價值，為解決復雜工程問題提供了更完善的方案。
展開 使用離散元法（DEM）的“水車”轉動仿真 ￥1
使用LS-DYNA內置離散元理論對顆粒流進行創建，仿真顆粒通過漏斗打在水車槳葉上導致水車轉動的效果，在整個仿真中存在兩個個重點：HYPERMESH陣列工具的使用，LS-PREPOST中DEM相關關鍵字的加載，操作流程請見PPT。仿真效果動畫及后處理截圖如下：
DEM_PADDLE.k
流程.pptx
流程PPT和K文件如上，老鐵們應該能夠很快上手了，如果需要，可以購買下面的講解及操作視頻，如果各位有什么問題可以私聊我或者郵箱聯系我，謝謝！
【Abaqus DEM-FEM耦合】聲音能看得見嗎？Chladni Plate仿真模擬 ￥599
小提琴和吉他面板的克拉尼圖形
03
克拉尼板的Abaqus仿真模擬
在Abaqus中，克拉尼板的模擬大致可以分為三個層面，仿真建模的難度是逐漸增大的，用到的分析類型依次是：
模態分析
如果你只關心板子上顆粒分布的形狀，那就只需要進行模態分析，最后看模態節線就行了，分析步采用采用*Frequency即可，Standard求解器。
模態動力學
假如你想知道板子的整體動力學的時域響應，沙粒運動對它的影響其實是可以忽略的，這時原本復雜的力學過程就簡化成了一個線性動力學問題，使用*Modal dynamics就能解決，同樣是Standard求解器。
顯式動力學
假設你想要復現整個過程，沙粒的運動與接觸就必須考慮在內了，這個時候就是一個高度非線性的有限元模擬問題，只有通過Explicit求解器進行DEM-FEM耦合分析才能解決。
我們現在以一個300×300mm的金屬板為例，首先用模態分析計算出板子固有頻率5000Hz以內的各階模態，下面是其中的一部分的計算結果。
金屬板的部分低頻和高頻振動模態
然后忽略顆粒，用一個501Hz的激振力，使金屬板振動起來，模態動力學計算結果表明，板子穩定之后的振動形態與該階模態的振型一致。
金屬板模態動力學
最后，是我們的DEM-FEM顯式動力學模型，為了考察整個動力學過程，模型中一共引入6498個離散單元，這些微小顆粒用來模擬克拉尼板實驗中的沙粒。
克拉尼板DEM-FEM耦合模型
第一個工況，我們使用260Hz的激振力，板子的振動起來后，顆粒出現了有規律的重新分布。
展開 
Ansys 將 Rocky DEM 添加到組合中，擴展和增強多物理場仿真以包括粒子動力學
Ansys 將 Rocky DEM 添加到組合中，擴展和增強多物理場仿真以包括粒子動力學
石頭、糖果和藥片有什么共同點？首先，它們是離散的實體，其次，它們的動態行為和相互作用是用 Rocky DEM 模擬的。想象一下，了解與設計工程機械系統所需的任何形狀的粒子運動相關的產品質量、運營效率和設備性能所需的復雜性。想象一下，預測成千上萬個粒子在彼此彈跳并穿過混合、分離、分類、粉碎、分散和運輸它們的機器時的相互作用所需的洞察力。想象生物質、礫石和散裝材料被傳送帶和螺旋鉆移動，種子被機械地散布在田野上，藥片和藥丸被涂上涂層，零食被運輸以進行統一包裝，碎片被吸走，或粉末被混合和壓實。所有這些應用程序以及更多應用程序都使用 Rocky DEM 進行了模擬。
離散元法 (DEM) 是一種計算建模框架，用于模擬粒狀和不連續/不均勻粒子的行為。Rocky 是領先的 DEM 軟件包，它結合了多個圖形處理單元 (GPU) 卡的處理能力來加速您的粒子動力學模擬，使您能夠在更短的時間內處理更多的數據。
為證明這一點，甲骨文云基礎設施 (OCI) 和 NVIDIA 最近在 OCI 的裸機圖形處理單元 (GPU) 形狀上使用Ansys Rocky DEM 軟件首次對 2 億個粒子進行了模擬分析。全面了解 Rocky 的并行負載平衡算法，該算法可實現更高效的 GPU 資源利用。
將其與粒子、流體和結構混合
通過收購長期南美渠道合作伙伴工程仿真和科學軟件 (ESSS) 運營的工程仿真和科學軟件 Rocky DEM, SL，Ansys 將 Rocky DEM 添加到其產品組合中。Rocky 作為合作伙伴產品 Ansys Rocky 已由 Ansys 提供近兩年，并且已經與 Ansys 旗艦軟件集成。然而，此次收購將推動更深層次的整合。
展開 LS-DYNA從頭開始學系列 應用教學1——DEM的生成及參數標定 ￥100
<p>本貼為LS-DYNA中DEM單元生成及單軸壓縮試驗（UCT）與巴西圓盤劈裂實驗（BST）的教學貼。</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。LS-DYNA采用離散元可以進行實現的不僅包括基本的物料運輸，還能與其強大的瞬態求解器進行耦合，模擬沖擊爆炸產生的材料破碎問題以及與流場耦合的多相流問題。</p><p>本貼是LS-DYNA DEM教學系列的第一帖，旨在幫大家理解如何用ls-prepost與lsdyna完成一站式dem仿真，不借助其他任何工具，step by step,專門服務于LS-DYNA初學者。帖子的主要內容分為三部分：DEM粒子生成，DEM顆粒接觸參數及bond(平行粘結模型)參數詳解，FEM-DEM模擬混凝土進行單軸壓縮與巴西圓盤試驗實戰。</p><p>首先，為大家展示一下兩種試驗的結果。
展開 2024年RecurDyn優秀案例競賽作品分享：基于DEM-MBD耦合的花生播種單體工作過程仿真與試驗研究
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。
展開 釋放 GPU 無限潛能 — NVIDIA 全面提升 ALTAIR 效能
NVIDIA與Altair合作致力于提升工程仿真和高性能計算的性能與效率，
通過GPU加速來提高仿真計算速度和準確性，融合人工智能和深度學習尖端技術應用，構建可持續性發展的數字化元宇宙。
云端高性能計算平臺Altair? Access? 集成GPU加速技術和人工智能平臺，全面釋放GPU計算力潛能，遠程計算資源可視化隨時查看作業狀態，最大程度地提高軟硬件資源利用率。
R
TX架構平臺采用創新Tensor Core技術，加速深度學習算法的訓練與推理過程，從而提高計算效率。輔以人工智能技術進行模型優化和自適應計算，從而提高計算準確性和效率。
離散元法DEM仿真是密集型計算，伴隨著龐大的運算量。計算流體力學模擬分析往往受限于可用計算資源及超長運行時間，這一直是將高保真模擬集成到基于仿真設計周期中的阻礙。
運用GPU并行架構徹底改變現況，以極短時間真實地模擬問題，以高質量可視化呈現分析結果，相較于傳統計算群集大幅降低能源耗損，顯著縮短運算時間。
本次網絡研討會邀請來自NVIDIA及ALTAIR技術專家，共同探討NVIDIA GPU加速仿真模擬性能優勢，并且分享行業成功案例。
展開 