帶電粒子運動模擬的案例
Mhd電場中帶電粒子運動模擬
Mhd電場中帶電粒子運動模擬
建立模型
根據我司常規電除塵器結構尺寸數據，選擇電除塵器電場中一個通道建立三維模型如下：
三維模型
極板間距400mm，極線間距400mm，極線直徑10mm，電場高度200mm。
邊界設置
進口為速度進口（velocity-inlet）0.2m/s；
出口為壓力出口（pressure-outlet）；
極線設置為wall，電勢48KV；
極板設置為wall，電勢0KV，粒子捕集（trap）；
粉塵粒徑50um，密度550kg/m3，導電率無限大，磁導率1.257e-6h/m，電荷密度0.03897C/m3。
計算結果
電勢云圖
電場強度
電場矢量
帶電粒子運動軌跡
粒子數據如下：
在此邊界數據下，電除塵器的除塵效率為1-97/800=87.88%。
展開 帶電粒子在磁場作用下的偏轉運動仿真 ￥600
本案例基于COMSOL軟件中的粒子追蹤模塊仿真了從發射源發出的帶電粒子在一磁場力作用下發生偏轉后，被接收板接收的過程，仿真結果如圖所示：
感興趣的朋友，歡迎交流合作！
在 COMSOL 中模擬二維帶電粒子束
離子束和電子束
離子或電子“束”指的是動能幾乎相同、沿近似同一方向運動的粒子組成的集群。通常情況下，每個粒子的總動能比常溫下粒子的熱能大得多，因此粒子束擁有極佳的方向性。
首先我們來觀察帶電粒子束的二維圖像。我們用 z 軸正方向表示束流傳播方向（“軸向”），用 x 軸表示與傳播方向垂直的方向（“橫向”）。雖然一開始您或許會覺得這種表示方式十分奇怪，但是請記住，我們最終的討論目的是三維束流，到時候您就會發現用 x 和 y 軸表示兩個橫向方向將會帶來很大的方便。
如上文所述，束流的特點在于它是由大量運動方向和能量都近似相同的粒子組成的集群——然而這里的重點正是“近似”！現實中任何束流中的粒子都不可能具有完全相同的速度。事實上，與束流的釋放和傳播相關的數學問題基本上都涉及到了束流粒子位置和速度的微小變化。
我們可以借助“束包絡”來表征束流形狀，束包絡指的是束流粒子的最外層，它能讓我們了解束流的形狀。如果束流存在一個銳減——即束流粒子的數密度在確定的位置上驟降為零——那么束包絡或許只是一個曲線或包含所有粒子軌跡的表面。然而更常見的情況是，束流粒子的密度會在一個較大的距離內逐漸下降，因此束流終點和周圍的空白空間并沒有明確的界限。在這種情況下，束包絡可以被定義為包含絕大部分發射粒子數的曲線或表面，通常包含 95% 左右。若束流的包絡在傳播方向上會逐漸變小，則此束流為“會聚”束流；若包絡隨著束流的傳播而變大，則為“發散”束流。“束流腰部”指的是束流剛剛結束會聚并即將開始發散時的位置。我們將在下文中對此進行詳細介紹。
比較層束流和非層束流
下圖為一個簡單的二維電子束，并描繪了其中具有代表性的粒子軌跡，模型暫時忽略了空間電荷效應及外力。坐標軸上添加了標簽，以便指示軸向和橫向。我們將它看成一個理想的“帶狀電子束”——也就是說，電子束在面外（y）方向上無限延伸。
展開 模擬流體中的粒子運動時，選擇合適的公式以提升計算效率
數值粒子追蹤仿真
在上一節中，很幸運我們由方程4 得到一個精確的解析解。精確解僅可能在引入許多簡化假設時得到，尤其是各處的流體速度 u 均為零。但在大多數實際情況中，周圍流體的速度不僅不為零，而且在空間上是不均勻的，因此僅靠公式不可能找到精確解。
對于更一般的問題，我們可以通過數值仿真來獲得近似解。其主要思想是，在初始時間 t=0 時，給定初始粒子位置 q_0 和速度 v_0，我們可以使用數值時間長算法來計算一組離散的時步 t_1，t_2，t_3，……的解。為此，設計了各種各樣不同的時間步長算法，其中有許多是在 COMSOL Multiphysics? 軟件中可用的。
用數值方法求解一組微分方程會引入一定量的誤差,即實際粒子運動與計算得到的數值解之間的差異。雖然通常不能指望從數值仿真中獲得一個完美的解，但更現實的目標是，當時間間隔（t_1，t_2–t_1，t_3–t_2等）減小時，模擬的粒子運動應變得更加精確。
需要權衡的是，如果時間步較小，則需要花更多的時間步才能達到相同的輸出時間。最終，這可能會導致實際運行時間顯著增加，這是仿真完成的時間。進行數值仿真的工程師必須始終在解精度和執行時間之間尋求合理的平衡。
COMSOL Multiphysics?中的粒子追蹤模塊提供了一個流體流動顆粒跟蹤接口，該接口通過數值求解牛頓第二定律來模擬周圍流體中單個粒子的運動。基本上，此接口可求解方程1，同時允許我們向方程右側添加各種不同的力。它還包括用于設置初始粒子位置和速度以及檢測和處理粒子與周圍幾何中的表面的碰撞的各種選項。
處理小粒子和長時間尺度
在許多實際應用中，粒子追蹤模型的需要求解時間的范圍遠大于拉格朗日時間尺度 τ_p。
展開 
電場可以控制中性粒子的運動嗎？
如何用電場控制電中性粒子的運動？這聽起來似乎是不可能的，但在這篇文章中，您會看到介電泳（DEP）現象可以解決這個難題。我們將學習如何利用介電泳進行顆粒分離，并演示一個簡單的生物醫學仿真 App，該 App 是使用 App 開發器創建的，通過 COMSOL Server? 運行。
在非均勻靜電場中粒子所受的力
在直流和交流場中，都會發生介電泳效應。我們先來看看直流的情況。
考慮一個浸入流體中的介電粒子。另外，假設存在一個施加到流體-顆粒系統的外部靜態(DC)電場。在這種情況下，只要粒子的介電常數高于周圍流體的介電常數，粒子就會從弱電場區域被拉到強電場區域。如果粒子的介電常數低于周圍流體，那么情況正好相反，粒子會被拉到弱電場區域。這些效應分別被稱為
正介電泳 (pDEP)和負介電泳 (nDEP)
。
下面兩幅圖片分別演示了這兩種情況，并將幾個重要的量可視化：
電場
麥克斯韋應力張量（表面力密度）
正介電泳(pDEP)的示意圖，粒子介電常數高于周圍流體的介電常數 。
負介電泳(nDEP)的示意圖，粒子介電常數低于周圍流體的介電常數 。
麥克斯韋應力張量代表粒子表面的局部力場。為了使這個應力張量能夠代表作用在粒子上的力，流體需要是“簡單的”，也就是它不應該表現出太復雜的機械行為。假設流體是簡單的，我們可以從上面的插圖中看到，在 pDEP 和 nDEP 這兩種情況下，粒子上的凈力看起來是方向相反的。對表面力進行積分確實會出現這種情況。
事實證明，如果我們把粒子縮小，例如一個無限小的情況，一個非常小的粒子在流體中像偶極子一樣運動，那么凈力是電場平方梯度的函數。
為什么凈力會有這樣的表現？
展開 用 Wolfram 語言分析隨機運動粒子群的角速度分布
給定一定數量的粒子（假設它們在球形空間均勻分布），使得它們具有相同的速度大小（假設為 c）并且在三維空間中隨機運動。這樣，在一定時間內它們的運動分量會產生圍繞它們整體質心的旋轉效應。
去掉上述函數中無意義的部分后，在整個單位球內進行積分（運行該代碼大約需要24秒）：
將上述結果對 x 求一階導：
按照上述積分結果，將上述函數進行歸一化：
整個證明過程結束。
PART 2. 論文中所使用的圖片
注意：成功運行這些代碼，需要首先對下面的 "MyDirection = **" 進行修改。將其改為類似于 MyDirection = "/Users/yourdirection/" 的形式后，按 Shift+Enter 運行。
MyDirection=**;
Protect[MyDirection];
Off[General::wrsym];
Export[MyDirection<>"figure1.eps",aa,Background->None];
圖二
圖三
注意：這些代碼運行時間大約為5小時。
購買軟件/免費試用【13.1.0中英文 Wolfram 軟件】
請掃碼申請
展開 【CATIA運動仿真】用CATIA DMU 點-曲線運動副模擬機床切割小螞蟻LOGO模型？
老鐵們大家好：
學過CATIA 運動仿真的朋友都知道，dmu里有一個點-曲線（point on curve）運動副，典型的高副，但是這個運動副無法進行獨立的運動模擬。
如果我們在一個裝配體中，建立如下兩個part模型，一個是平面曲線，一個是雕刻機刻刀，如下圖片所示，然后在dmu模塊，建立運動裝置，并創建點-線結合的運動副，設定曲線為固定件，并在點-曲線運動副上添加驅動，這個時候我們發現裝置依然還有3個自由度，也就是說裝置本身無法進行運動模擬。
那么這是什么原因呢？我們應該怎解決呢？很多朋友都曾問過類似的問題，那么我們下面就分析一下并給出解決方案吧。
原因分析，
如果只是簡單的創建一個點-曲線運動副，那么刻刀實際上只約束了xyz三個方向的位移自由度，依然有三個方向的轉動自由度，相當于刻刀可能偏斜或者繞自身回轉軸進行回轉，而沒有全約束是無法進行運動模擬的。
解決方法，
這個時候我們需要添加一個運動件-導軌，讓導軌分別與平面曲線和刻刀建立棱形結合（滑移副），網上有相關的一些介紹，但是都不夠形象，那么大家可以觀看下面這個圖片和視頻，相當于直接將運動裝置中的（被加工件-小螞蟻logo輪廓曲線，導軌，刻刀) 都給模擬出來了。關于棱形副的具體創建方法比較簡單，就不再贅述了。
文章來源：CATIA小螞蟻
展開 應用粒子法模擬油液沖擊效應
采用SPH粒子方法，沒有必要進行繁復的網格生成及優化網格的工作。在SPH方法中，對任意函數，其積分近似表達為：
其中，<f(x)>為函數f(x)的近似值，x為位置矢量，Ω為包含x的積分體。簡單來說，SPH是將流體簡化為粒子，應用場函數代表粒子間的相互作用，每個粒子受到周圍粒子的作用疊加求和。見下圖示。
SPH分析模型
選取燃油箱總成、油箱綁帶、安裝支架、車架縱梁、車架橫梁以及相關聯的其它零部件等作為子系統研究對象，如圖3所示。整車加速度波形作為燃油箱子系統的受力來源。在子系統仿真模型中，采用燃油箱附件的車身結構上的3向加速度波形曲線模擬燃油系統在整車中的運動模式。
圖3 仿真模型
基于整車64公里偏置碰撞工況下的試驗數據，燃油箱的綁帶在沖擊過程中滑脫，CAE仿真結果顯示燃油箱綁帶的運動狀態如動畫所示。
展開 粒子算法在爆炸模擬中的應用
在模擬爆炸過程中，空氣、土壤都可以采用粒子算法來進行模擬，
下圖為一個簡單的算例。
下面是一個相對復雜的爆炸模擬。上面是一輛軍用車輛，下面是埋在土壤里面的爆炸裝置。
現在貼出K文件。
abaqus 融化模擬（SPH）光滑粒子 ￥6
在abaqus采用SPH方法模擬融化過程，即無網格，非CEL融化
定義材料屬性
裝配
分析步：
場輸出：
相互作用：
加重力
邊界條件
網格：
修改inp文件關鍵字
使用 COMSOL 準確模擬慣性聚焦中粒子的遷移
確保該技術的有效性，需要準確描述粒子在流經通道時的遷移情況。COMSOL Multiphysics
?
軟件中提供了一個新的基準模型工具，可生成與慣性聚焦實驗數據一致的可靠結果。
慣性聚焦的力量
1960 年代，G.Segré 和 A.Silberberg 發現了一個令人驚訝的效應。通過層流管道的中性懸浮粒子會聚集成一個環狀結構，其半徑約為管道半徑的 0.6 倍，位于距平行壁約 0.2 倍通道寬度的距離。正如他們在幾十年后發現的那樣，發生這種行為的原因可以追溯到慣性流中作用于粒子的力。
今天，我們用慣性聚焦這個術語來描述粒子向平衡位置的遷移。這項技術被廣泛用于
臨床和醫療點診斷
，作為一種聚集和分離不同大小的粒子以進一步分析和測試的方式。
許多類型的醫療診斷都使用慣性聚焦進行測試和分析。圖片在公共領域，通過 Wikimedia Commons 獲得許可。
為了使慣性聚焦在這些和其他應用中有效，準確分析粒子的遷移模式是一個關鍵步驟。COMSOL Multiphysics 中提供了的一個新的基準例子，強調了為什么 COMSOL? 軟件是獲得可靠結果的正確工具。
準確模擬慣性聚焦中粒子的遷移
這個基準示例中，以一個二維泊肅葉流中的粒子軌跡為例來說明。為了說明相關的力，我們使用了來自兩個平行壁中的流體速度呈二維拋物線分布的粒子的類似遷移表達式。COMSOL 中內置的升力和曳力修正使我們能夠在模擬分析中考慮到這些壁的存在。
注：升力和曳力構成了作用在蠕動流內的中性懸浮粒子上的總力。根據定義，重力和浮力相互抵消。
我們假設升力只在垂直于流體速度的方向上，還假設球形粒子與通道的寬度相比很小，并且它們是剛性旋轉的。
為了計算速度場，我們使用了層流 物理場接口。
展開 
【CFD數值模擬算例】船舶運動數值模擬自動化智能化方法
船舶運動數值模擬自動化智能化防范
【計算軟件】OpenFOAM開源平臺
【仿真平臺】自建高性能計算集群
【算例說明】基于OpenFOAM流體力學開源軟件提出了船舶運動值模擬自動化和智能化方法，可使計算流程自動完成；通過逐個分析不同參數的影響，智能化分析多工況數值模擬結果和大數據平臺，可得到優化的計算參數，從而使數值模擬的人工處理部分最大限度地減少，同時計算過程達到最大程度地簡化，數值計算結果可靠，可滿足工程應用的需求。自動化和智能化處理的概念和方法，也可用于其他數值模擬領域。
【工程應用】船舶阻力、螺旋槳敞水、船槳舵自航等
【創新貢獻】自動化計算流程（一鍵計算）+智能化計算參數優化
【算例文件】關注微信公眾號“云數仿真”進行咨詢或聯系jianchen122004@126.com
更多精彩內容請關注微信公眾號“云數仿真”...
展開 Particleworks基于粒子算法的模擬仿真軟件
Particleworks 是一款模擬流體運動的領先軟件。其先進的基于粒子算法的求解器，可以輕松地對各類工業流體問題進行建模與分析——汽車行業中油箱的晃動及冷卻、制藥業和塑料行業物料的混合與攪拌等等。
憑借直觀的界面、極快的求解器和強大的可視化工具，Particleworks將提供所有用戶所需的運動分析工具，來幫助工程師在設計過程中優化產品。
1、認識Particleworks
l 無網格求解
Particleworks 可以直接導入CAD幾何進行計算，相比傳統的CFD軟件，可以避免繁雜、耗時的網格生成過程。
無需重復復雜的網格生成，可直觀進行計算設置
l 前沿研究
Particleworks采用日本東京大學工程研究院的Seiichi Koshizuka博士（運動顆粒仿真算法MPS開發者、Prometech軟件公司創建者）的最新研究成果。從2009年開始，Particleworks在工業領域幫助工程師們完成了眾多創新解決方案。如今，Particleworks也在與日本的公司、高校實驗室的合作研究中不斷引入新的求解能力以進一步完善軟件的功能。
l 飛濺、自由液面流動
Particleworks 通過將流體分解成一系列的離散單元或者粒子來分析其運動，這些粒子可以自由運動。這種方法可以允許用戶模擬流體的大變形、聚合、分裂等，以及快速變化流動——無需任何復雜的準備，或預先的網格準備。
Particleworks在移動邊界問題的模擬中提供了出色的性能預測，這類問題在傳統算法下將是一個十分耗時的求解過程。
展開 基于ls-dyna的SPH粒子法模擬侵徹
計算模型：靶板粒子間距漸變，局部加密，1/4對稱邊界
接觸力輸出：
*CONTACT_FORCE_TRANSDUCER_PENALTY
$# cid title
$# ssid msid sstyp mstyp sboxid mboxid spr mpr
1 0 0 0 0 0 0 0
$# fs fd dc vc vdc penchk bt dt
0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0 0.0001.0000E+20
$# sfs sfm sst mst sfst sfmt fsf vsf
1.000000 1.000000 0.000 0.000 1.000000 1.000000 1.000000 1.000000
*DATABASE_RCFORC
$# dt binary lcur ioopt
0.010000 0 0 1
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。
ABAQUS斷裂模擬收徒 ，保證快速學會各種ABAQUS斷裂模擬方法 1200/人（將享有各種插件以及程序，價值3000+、專門定制視頻、全程親自教學、各種模型調試及解答問題等等，傾囊相教）
展開 