離散元模擬的案例
“離散元數值模擬仿真技術與應用”系列專題
三、培訓大綱:
“PFC離散元仿真核心技術與應用”專題培訓大綱
課 程
內 容
理論基礎及PFC入門
1 巖土工程數值模擬方法概述
1.1基于網格的模擬方法（有限元、有限差分、大變形處理CEL、ALE、XFEM）
1.2基于點的模擬方法（離散單元法DEM、光滑粒子流方法SPH、物質點法MPM）
1.3基于塊體的模擬方法
2 離散元與PFC軟件操作
2.1 離散元的基本原理（計算原理、宏觀參量與微觀參量的關系）
2.2 PFC軟件界面操作
2.3文件系統
2.4顯示控制
2.5幫助文檔的使用
FISH、PYTHON語言及COMMAND命令
3 PFC軟件的計算控制方法
3.1 PFC計算控制的語言邏輯
3.2 FISH語言（基本語法、函數定義與調用、創建模型、控制模擬過程、處理模擬結果、FISH Callback操作等）
3.3 COMMAND命令（命令結構、創建模型、狀態監測與繪圖、控制模擬過程、求解控制、狀態查詢、與FISH語言的混合使用等）
3.4 PYTHON語言（基本語法、Numpy庫的使用、接口的使用等）
離散元模擬方法
4 離散元模擬方法
4.1離散元數值試樣的生成方法
4.1.1單元試樣模型生成方法
4.1.2邊值問題（場地）模型生成方法
4.1.3連續—非連續耦合模型生成方法
4.1.4復雜顆粒形狀的模擬方法（Rblock方法、Clump方法）
4.2接觸模型選擇與參數標定
4.2.1離散元接觸模型的選擇原則—12個內置模型
4.2.2接觸模型參數的標定方法與參數意義—以膠結顆粒材料
展開 離散元數值模擬系列—【PFC】-【3Dec】
2、3DEC課程系統學習巖土工程數值模擬方法，包括3DEC實體建模、內置FISH語言編寫程序來擴展3DEC的有效性、3DEC節理/接觸面/結構單元、靜力學分析、流固耦合、非線性動力模擬、3DEC后處理。每個知識點都帶有案例實操鞏固練習，將知識點滲透融會貫通。
3、PFC課程詳細介紹軟件的計算控制、離散元數值試樣的生成方法、接觸模型選擇、參數標定、模型邊界條件施加方法、PFC3D與FLAC3D耦合、離散—連續耦合模擬分析、PFC與CFD耦合、流固耦合框架等多個知識點，全面掌握PFC離散元整套的仿真應用框架。
4、每個專題都涵蓋多個工程實例模擬分析。包括巷道錨桿支護模擬、初始地應力場反演技術、地面注漿/水力壓裂模擬、地下空間開挖巖層運移分析、隧道掘進圍巖力學響應分析、邊坡開挖安全性分析等超多3DEC實例分析。PFC中包含了常規/真三軸剪切試驗、不排水/循環三軸剪切模擬、離散元模擬與彈塑性本構模型等多個土體單元試驗模擬案例和活動門試驗、盾構隧道掌子面穩定性、節理巖體中的硐室開挖穩定性、二維殼結構單元耦合、孔隙介質中Darcy流模擬等多個實例。
展開 巖土工程【PFC、3Dec】離散元數值模擬
2、3DEC課程系統學習巖土工程數值模擬方法，包括3DEC實體建模、內置FISH語言編寫程序來擴展3DEC的有效性、3DEC節理/接觸面/結構單元、靜力學分析、流固耦合、非線性動力模擬、3DEC后處理。每個知識點都帶有案例實操鞏固練習，將知識點滲透融會貫通。
3、PFC課程詳細介紹軟件的計算控制、離散元數值試樣的生成方法、接觸模型選擇、參數標定、模型邊界條件施加方法、PFC3D與FLAC3D耦合、離散—連續耦合模擬分析、PFC與CFD耦合、流固耦合框架等多個知識點，全面掌握PFC離散元整套的仿真應用框架。
4、每個專題都涵蓋多個工程實例模擬分析。包括巷道錨桿支護模擬、初始地應力場反演技術、地面注漿/水力壓裂模擬、地下空間開挖巖層運移分析、隧道掘進圍巖力學響應分析、邊坡開挖安全性分析等超多3DEC實例分析。PFC中包含了常規/真三軸剪切試驗、不排水/循環三軸剪切模擬、離散元模擬與彈塑性本構模型等多個土體單元試驗模擬案例和活動門試驗、盾構隧道掌子面穩定性、節理巖體中的硐室開挖穩定性、二維殼結構單元耦合、孔隙介質中Darcy流模擬等多個實例。
展開 離散元與有限元優缺點（附inp文件）
來源：ABAQUS大世界 （ABAQUSworld）
文末有離散元法模擬攪拌過程案例文件
目前世界上結構計算方法一般分為有限元（FEM finite element method）、離散元（DEM discrete element method）、還有邊界元(EEM)。
離散元方法是由分析離散單元的塊間接觸入手找出其接觸的本構關系建立接觸的物理力學模型并根據牛頓第二定律對非連續、離散的單元進行模擬仿真。而有限元方法是將介質復雜幾何區域離散為具有簡單幾何形狀的單元通過單元集成、外載和約束條件的處理得到方程組再求解該方程組就可以得到該介質行為的近似表達。
離散元方法的基本概念
離散元方法也被稱為散體單元法，最早是1971年由Cundall 提出的一種不連續數值方法模型離散元理論是由分析離散單元的塊間接觸入手找出其接觸的本構關系建立接觸的物理力學模型并根據牛頓第二定律建立力、加速度、速度 及其位移之間的關系對非連續、離散的單元進行模擬仿真。
離散元法是專門用來解決不連續介質問題的數值模擬方法。該方法把節理巖體視為由離散的巖塊和巖塊間的節理面所組成,允許巖塊平移、轉動和變形,而節理面可被壓縮、分離或滑動。
因此，巖體被看作一種不連續的離散介質。其內部可存在大位移、旋轉和滑動乃至塊體的分離,從而可以較真實地模擬節理巖體中的非線性大變形特征。
展開 
離散單元法——非連續介質模擬的有效手段 附離散單元法及其在EDEM上的實踐下載
以下是一些運用離散元方法求解科學問題的成功案例：
隧道滲漏
地質滑坡（http://matdem.com/content/?721.html）
地震波傳播（http://matdem.com/content/?698.html）
單軸壓縮
4. limitation
離散單元法的局限性
雖然離散單元法能夠有效模擬巖土體的非連續性、不均勻性以及大變形破壞，在地質、巖土工程和能源開采等領域有非常廣泛的應用價值，但是我們也要意識到，離散元法在應用于實際工程問題時也面臨著許多困難：
（1）離散元的計算量巨大。以常用的離散元軟件PFC為例，其模擬的對象通常是細微觀的物質，所以它所建立的模型尺寸非常有限，而且在數值模擬的時候通常需要迭代計算至少一百萬次，迭代計算量非常大。
（2）定量建模困難。離散元模擬過程當中，通常都是賦予顆粒接觸參數和接觸模型來進行計算，使得其表現出的宏觀力學性質和實際材料的宏觀力學性質相匹配，而這種堆積模型的宏觀力學性質和單元力學參數間的關系是不明確的，需要進行大量的調試實現兩者的匹配。
（3）多場耦合理論尚未完善?，F代工程中常常面臨多場和多相耦合的問題，如流固耦合、熱固耦合，而這些問題在離散單元法中實現的理論還不夠完善，一定程度上限制了離散單元法應用的范圍。
展開 細談基于離散元法的往復振動篩篩分效果研究
離散元法( Discrete Element Method，簡稱DEM) 是20 世紀70 年代發展起來的一種求解與分析復雜離散系統運動規律和力學特性的高度非線性數值方法，在巖土工程和采礦工程等散體物料工程技術處理領域得到了成功應用。目前，采用DEM 研究物料篩分逐漸成為國內外學者的研究熱點，如國外的Li J等對物料顆粒在固定篩面上的篩分進行了二維離散元模擬; Cleary P W等對定量球形顆粒在振動篩面上的篩分行為進行了二維模擬，研究了顆粒形狀對篩分效率的影響; 國內趙躍民、焦紅光等較早地開展了振動篩面上顆粒群的篩分過程DEM 模擬; 趙啦啦等采用三維DEM 分析了煤料顆粒流在篩分過程中的運動狀態和篩分效率動態變化規律及入料顆粒粒度分布對篩分效率的影響; 童昕 等采用三維DEM 分析了不同篩分參數對篩分效率的影響，得到最佳篩分效率下對應的篩分參數; 李洪昌也進行類似的研究工作，并采用流體力學和顆粒離散元耦合的方法模擬風篩式清選裝置中物料在篩面上的運動; 李菊等人采用三維DEM 進行了谷物三維并聯振動篩分分析。
篩分效率和篩上物輸送量是衡量振動篩篩分效果的重要參數，二者往往互相制約。本文采用三維離散元軟件PFC3D 數值分析了往復振動篩的振幅、振動頻率、振動方向角和篩面傾角對篩分效率和篩上物輸送量的影響規律，為合理搭配工藝參數、完善物料顆粒篩分理論和研制新型篩分設備提供理論依據。
1 振動篩的工作原理與簡化模型
往復振動篩以糧食加工行業常見的TQLZ 型往復振動篩為研究對象，結構如圖1 所示。其主要由篩體、橡膠彈簧、振動電機、進出料裝置、篩格和機架等部分組成。整個篩體由4 個橡膠彈簧支撐，2 臺振動電機分別對稱安裝在篩箱質心的兩側，篩箱內安裝有上、下兩層篩格。
展開 Altair EDEM 離散元仿真技術大會火熱報名中
2023 年 6 月 16 日，Altair 將在北京舉辦 “2023 Altair EDEM 離散元仿真技術大會”，希望借此機會推動離散元仿真技術的發展和應用， 促進各行業對離散元技術的交流與合作。
全球知名的離散元技術專家，以及來自機械運載和過程工藝等應用領域的多個大型企業嘉賓、高校學者，將分享全球離散元技術的發展方向、行業應用及最新解決方案。同時，本次大會的獲獎優秀論文將在會上揭曉。
會議時間：2023 年 6 月 16 日（周五）
會議地點：北京
參會費用：審核通過的嘉賓可免費參會（免費提供會議資料，差旅費用需自理）
掃碼或點擊鏈接報名參與：https://uao.so/8114f444
大會日程
* 最終日程以會議當天為準
演講嘉賓預告
向上滑動閱覽
Senthil Arumugam
Altair EDEM 產品亞太區銷售總監
演講主題：顆粒材料仿真為過程工藝和裝備領域優化賦能
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Dr.
展開 解鎖顆粒仿真新視界：2025 Altair EDEM離散元技術研討會報名啟動！（附最新會議日程）
如您對大會感興趣，有任何問題可掃碼咨詢技術鄰客服~
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分享PFC離散元方面的一些電子書，多讀多思多進步。
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PFC2D大尺度離散元快速成樣技術
PFC2D大尺度離散元快速成樣技術
前言
離散元的成樣方法有很多，比如顆粒膨脹法、分層壓實法、落雨法等。這些成樣方法都能夠很好地生成均勻的試樣，但是面臨大尺度的離散元模型試驗模擬時，巨大的顆粒數目使得個人PC的計算能力日益窘迫。本文將介紹由 Matteo Oryem Ciantia 在文章 Numerical techniques for fast generation of large discrete-element models 提出的大尺度離散元模型快速成樣方法。
1. 制作Brick單元
PFC提供了brick功能，能夠將一小塊brick試樣copy到你想要的任意尺寸。因此成樣第一步就是制作一塊你想要的brick。
初始
model new
model random 10001
model mechanical timestep scale
[hmin = 0]
[hmax = 0.1]
[r = 0.6]
[rp = 0.018]
[rv = rp * 5]
[rc = rv + 0*rp]
[emodB = 1.0e8]
[kratio = 2.5]
[damp = 0.7]
[NumEnlarge = 2]
[grainPorosity = 0.2]
[density_ball = 2500.0]
[ballMin = 0.0006]
[ballMax = 0.0009]
model domain extent [0] [rc] ...
[hmin] [hmax] ...
展開 離散單元法——非連續介質模擬的有效手段
離散單元法的局限性
雖然離散單元法能夠有效模擬巖土體的非連續性、不均勻性以及大變形破壞，在地質、巖土工程和能源開采等領域有非常廣泛的應用價值，但是我們也要意識到，離散元法在應用于實際工程問題時也面臨著許多困難：
（1）離散元的計算量巨大。以常用的離散元軟件PFC為例，其模擬的對象通常是細微觀的物質，所以它所建立的模型尺寸非常有限，而且在數值模擬的時候通常需要迭代計算至少一百萬次，迭代計算量非常大。
（2）定量建模困難。離散元模擬過程當中，通常都是賦予顆粒接觸參數和接觸模型來進行計算，使得其表現出的宏觀力學性質和實際材料的宏觀力學性質相匹配，而這種堆積模型的宏觀力學性質和單元力學參數間的關系是不明確的，需要進行大量的調試實現兩者的匹配。
（3）多場耦合理論尚未完善?，F代工程中常常面臨多場和多相耦合的問題，如流固耦合、熱固耦合，而這些問題在離散單元法中實現的理論還不夠完善，一定程度上限制了離散單元法應用的范圍。
當然，針對上述問題，廣大科研工作者們也在離散單元方法的基礎上，開發出了一系列高效的數值計算軟件，如采用GPU進行并行計算求解的MatDEM大大提高了離散元問題的計算效率；又如開源的離散元程序LIGGGHTS，能夠引入OpenFoam來實現流固耦合問題的精確求解。
5. 結語
總體來說，作為一種非連續介質的數值計算方法，離散單元法從被創立至今一直承載著國內外科研工作者們的關注和重視，并在原有基礎上不斷完善和發展。隨著計算機技術的發展，基于離散單元法的數值模擬研究正不斷地向精細化、規?；投喑叨鹊姆较虬l展，并將逐漸成為各工程領域不可缺少的數值計算方法之一。
參考文獻：
[1] Cundall P A.
展開 
離散元對加固尾砂在干濕循環作用下的細觀力學分析
2.2 模擬分析
為了更好地了解干濕循環對加固尾砂微觀結構變換影響規律,在簡單物理實驗基礎上,結合離散元軟件PFC2D進行分析。根據真實尾砂試樣尺寸進行建模,尾砂加固體模型邊界尺寸為高 H=80.0 mm、寬B=39.1 mm,軟件會根據輸入的建模數據建立好模型邊界,并根據試樣面積、顆粒直徑和顆粒級配分布概率,在模型邊界均勻的隨機生成若干顆粒。在模型顆粒生成之后,賦予模型參數(見表2),施加膠結,生成模型和膠結如圖3所示。
圖3 尾砂模型
Fig.3 Tailings model
表2 模型建立參數
Table 2 Model establishment parameters
2.2.1 模型誤差分析
利用PFC2D調整不同參數,以此對經歷了不同循環次數加固尾砂進行三軸剪切試驗模擬,并得出各狀態下的應力峰值。并通過模擬得出的數據與實際三軸試驗數據相比較,以實際試驗數據為基準,得出數值模擬與實際試驗數據之間的誤差,如表3所示。模擬選用圍壓為100 kPa時的尾砂模型為主要研究對象。
表3 模型峰值應力及誤差
Table 3 Model peak stress and error
由表3所得與實際物理實驗所比較,其最大誤差為-1.21%,而大多數據偏差低于0.50%,數值模擬的峰值應力誤差較小。因此可以使用離散元PFC2D進行加固尾砂的三軸剪切模擬試驗。
2.2.2 加固尾砂力鏈分析
如圖4(a)所示,加固尾砂未經歷循環時,加固尾砂內部力鏈分布和力鏈粗細較均勻,僅在破壞面交點有少量粗力鏈。然而,在加固尾砂經歷干濕循環后,加固尾砂顆粒間傳力和受力情況發生了改變,顆粒間傳力受力變得大,使得力鏈慢慢加粗,尤其在破壞面交點處,且粗力鏈產生區域也在增加。
展開 DEM(離散元)-模擬粒子團沖擊靶材 ￥10
一個簡單的例子-模擬球形粒子團撞擊涂層的過程。
目前采用DEM方法實現粒子團沖擊金屬涂層的過程，具體詳細步驟大家可以自行去研究cae和inp文件，如果有不明白的地方，可以聯系qq10575993923或wx13279318783,。
在此感謝Usim大佬的支持，大家可以搜索會員名字 Usim ，去他的主頁看看，不是一般的NB，動力顯示分析的大手。
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展開 基于離散元原理的顆粒流模擬軟件Rocky 4.5.2
1 引言
顆粒流模擬廣泛應用于固體動力學，流體動力學，熱動力學，電磁動力學等領域。總的來說，有兩大類模擬途徑，一類途徑是基于光滑粒子流體動力學(Smoothed Particle Hydrodynamics，簡稱SPH), 這種途徑最典型的模擬軟件是Abaqus; 另一類途徑是基于離散元(Discrete Element Method, 簡稱DEM)，這種途徑在巖土工程領域最典型的軟件是PFC(PFC模型建立機制)。除此之外，在機械應用領域使用離散元原理開發的軟件有EDEM(Altair EDEM Professional 2021.2.0)和Rocky DEM(ESSS Rocky Version 4.5.2, 1.17G)。這個筆記簡要描述了Rocky的應用范圍。
2 Rocky應用領域
Rocky DEM是一個三維離散元DEM軟件，用來模擬一組顆粒如何與其他顆粒以及各種邊界進行互動，這些邊界可能代表的是輸送槽、磨坊、攪拌機、犁、織布機或其他類型的散體材料處理設備。與PFC的主要用途不同，Rocky主要應用在制造領域，盡管PFC也能做類似的模擬。Rocky的工程應用領域包括:
提高設備的壽命和容量
消除堵塞，皮帶和班輪穿刺
減少電力下降、灰塵和噪音
降低溢出和產品退化
增強混合，減少死區和隔離
評估擴展策略
預測力、扭矩和功耗
通過與 FEA 耦合分析結構載荷
通過與 CFD 耦合模擬流體顆粒相互作用
Rocky能夠與ANSYS進行聯合分析，例如CAD設計工具Ansys SpaceClaim，CFD工具Ansys Fluent，FEA工具Ansys Mechanical。
3 Rocky工作原理
離散元是一種預測散裝固體(bulk solid)行為的數值技術。
展開 【巖土工程pfc、3dec】案例多
三、培訓大綱:
“PFC離散元仿真核心技術與應用”專題培訓大綱
課 程
內 容
理論基礎及PFC入門
1 巖土工程數值模擬方法概述
1.1基于網格的模擬方法（有限元、有限差分、大變形處理CEL、ALE、XFEM）
1.2基于點的模擬方法（離散單元法DEM、光滑粒子流方法SPH、物質點法MPM）
1.3基于塊體的模擬方法
2 離散元與PFC軟件操作
2.1 離散元的基本原理（計算原理、宏觀參量與微觀參量的關系）
2.2 PFC軟件界面操作
2.3文件系統
2.4顯示控制
2.5幫助文檔的使用
FISH、PYTHON語言及COMMAND命令
3 PFC軟件的計算控制方法
3.1 PFC計算控制的語言邏輯
3.2 FISH語言（基本語法、函數定義與調用、創建模型、控制模擬過程、處理模擬結果、FISH Callback操作等）
3.3 COMMAND命令（命令結構、創建模型、狀態監測與繪圖、控制模擬過程、求解控制、狀態查詢、與FISH語言的混合使用等）
3.4 PYTHON語言（基本語法、Numpy庫的使用、接口的使用等）
離散元模擬方法
4 離散元模擬方法
4.1離散元數值試樣的生成方法
4.1.1單元試樣模型生成方法
4.1.2邊值問題（場地）模型生成方法
4.1.3連續—非連續耦合模型生成方法
4.1.4復雜顆粒形狀的模擬方法（Rblock方法、Clump方法）
4.2接觸模型選擇與參數標定
4.2.1離散元接觸模型的選擇原則—12個內置模型
4.2.2接觸模型參數的標定方法與參數意義—以膠結顆粒材料
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