SPH-DEM耦合仿真的案例
基于LSDYNA Sph耦合DEM的滑坡沖擊房屋結(jié)構(gòu)動力模擬 K文件分享 ￥400
該模擬利用Lsdyna軟件，滑坡用sph和DEM耦合模擬，房屋由鋼筋(箍筋、縱筋都有)和混凝土構(gòu)成，成功模擬了滑坡沖擊下的房屋破壞過程。K文件非常詳細和清楚，K文件很復(fù)雜，但我設(shè)置的非常清晰、科學和詳盡，你也可以結(jié)合博士論文閱讀進行理解，你可以直接進行運算都沒有任何問題。K文件的下載鏈接和密碼，還有這篇博士論文的標題都放在了付費內(nèi)容中。
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LS-DYNA SPH-DEM-FEM耦合移動磨料水射流切割+噴頭磨損預(yù)測 ￥350
[圖片]
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(shù)是當前設(shè)計制造領(lǐng)域的一門新技術(shù)，它利用軟件建立機械系統(tǒng)的三維實體模型和力學模型，在各種虛擬環(huán)境中真實地模擬系統(tǒng)的運動，分析和評估系統(tǒng)的性能。多體系統(tǒng)動力學是虛擬樣機技術(shù)的核心理論，包括多剛體系統(tǒng)動力學和多柔體系統(tǒng)動力學，是研究多體系統(tǒng)運動規(guī)律的學科。多體系統(tǒng)一般由若干個柔性和剛性物體相互連接所組成，其結(jié)構(gòu)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(tǒng)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(shù)值方法進行求解。
車輛是一個復(fù)雜的多體系統(tǒng)，外界載荷的作用更加復(fù)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(fā)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(fā)展到非線性系統(tǒng)模型；模型的自由度由二自由度發(fā)展到數(shù)十個自由度，甚至到數(shù)百個上千個自由度。模擬計算也由穩(wěn)態(tài)響應(yīng)特性的計算發(fā)展到瞬態(tài)響應(yīng)特性和轉(zhuǎn)彎制動特性的計算。目前多體動力學仿真已日漸成為國內(nèi)外的各主要車輛和研究機構(gòu)的通用方法和標準。目前在車輛領(lǐng)域廣泛應(yīng)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(xiàn)與MSC.ADAMS、Recurdyn、Virtual Lab Motion等的耦合仿真。
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">
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【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(tài)分析
如果你只關(guān)心板子上顆粒分布的形狀，那就只需要進行模態(tài)分析，最后看模態(tài)節(jié)線就行了，分析步采用采用*Frequency即可，Standard求解器。
模態(tài)動力學
假如你想知道板子的整體動力學的時域響應(yīng)，沙粒運動對它的影響其實是可以忽略的，這時原本復(fù)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(shè)你想要復(fù)現(xiàn)整個過程，沙粒的運動與接觸就必須考慮在內(nèi)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(xiàn)在以一個300×300mm的金屬板為例，首先用模態(tài)分析計算出板子固有頻率5000Hz以內(nèi)的各階模態(tài)，下面是其中的一部分的計算結(jié)果。
金屬板的部分低頻和高頻振動模態(tài)
然后忽略顆粒，用一個501Hz的激振力，使金屬板振動起來，模態(tài)動力學計算結(jié)果表明，板子穩(wěn)定之后的振動形態(tài)與該階模態(tài)的振型一致。
金屬板模態(tài)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(xiàn)了有規(guī)律的重新分布。
展開 2024年RecurDyn優(yōu)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(shè)計一臺雙鎮(zhèn)壓輥結(jié)構(gòu)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(yè)過程的仿真動力學模型。通過參數(shù)化方法選用合理的力學模型。獲取仿真所需參數(shù)和設(shè)置仿真參數(shù)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(yè)性能評價和機具設(shè)計提供了一種新研究方法。
關(guān)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(chǎn)量豐富、食用廣泛的一種堅果，也是世界上最主要的經(jīng)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(qū)。但由于近年來氣候變化等自然和人為原因?qū)е禄ㄉa(chǎn)量銳減。因此，我們在人為原因造成的花生減產(chǎn)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(nèi)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(zhì)量大多都是能夠滿足現(xiàn)在生產(chǎn)要求，但是效果不理想。為了研究提高花生播種單體起壟質(zhì)量，本研究采用DEM-MBD耦合的方法設(shè)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(shè)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(zhèn)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 非晶含能破片沖擊釋能溫度變化釋能仿真/LS-DYNA/FEM-SPH-熱力耦合 ￥180
目前含能破片有多種，研究較為廣泛是 金屬聚合物類破片（Al/PTFE，論文仿真國外實例：《Characterization and Modeling Methodology of Polytetrafluoroethylene Based Reactive Materials for the Development of Parametric Models》）、 金屬間化合物類（如Al/Ni）、 非晶破片和 髙熵破片等。關(guān)于非晶破片沖擊釋能的研究較少，因此簡單介紹非晶破片沖擊釋能溫度變化原理，理解仿真思路。
初始正文
仿真模擬破片為鋯基非晶破片，與金屬聚合物類破片釋能的反應(yīng)原理不同，非晶破片主要由高溫的碎片與空氣發(fā)生金屬氧化反應(yīng)釋放能量，無氣態(tài)產(chǎn)物生產(chǎn)，其超壓毀傷主要來自空氣吸熱膨脹導(dǎo)致。
一般評價測量含能破片沖擊釋能的方法為VCC（Vented Chamber Calorimetry）法，裝置如圖1，主要利用準靜態(tài)超壓峰值評價含能破片沖擊釋能大小，帖子作者認為該法適合用于生成氣體較多的破片如Al/PTFE。
圖1 VCC準靜態(tài)腔室量熱法
而非晶破片的超壓毀傷直接受高溫影響，利用溫度峰值評估非晶破片沖擊釋能更有說服力。借鑒VCC法，利用熱電偶替換壓力傳感器，測量容器內(nèi)溫度。以此衡量非晶含能破片(生產(chǎn)氣體較少近乎無)的毀傷能力。改進測試裝置如圖2所示，裝置尺寸如圖3所示。
圖2 沖擊釋能測溫
圖3 容器尺寸
試驗結(jié)果：在相同時間內(nèi)，靠近壁面的溫度較低，而空腔溫度較高，說明短時間內(nèi)碎片向壁面?zhèn)鳠彷^少可以認為絕熱。數(shù)據(jù)來源：論文《非晶合金沖擊釋能的溫度表征研究》
展開 利用SPH方法進行工件切削熱結(jié)構(gòu)耦合仿真
有教學視頻，需要高清語音教學視頻請站內(nèi)私信聯(lián)系本人，技術(shù)鄰下單。
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基于FEM-SPH耦合算法的磨粒仿真研究
圖3.3給出了“虛粒子約束”算法的基本原理：“虛粒子約束”法是對工件可能移動方向進行約束，靠近SPH粒子邊界處2h（h為粒子光滑長度）范圍內(nèi)設(shè)置出虛粒子。對于靠近邊界的SPH粒子，通過對自身的映射，自動創(chuàng)建具有相同質(zhì)量、壓力、絕對速度的虛粒子，使得真粒子能正常進行鄰域搜索，以達到約束邊界的目的。與之對應(yīng)的關(guān)鍵字是*BOUNDARY_SPC_SYMMETRY_PLANE。
（4）有限網(wǎng)格磨粒與SPH粒子化工件的耦合接觸
不同于FE算法，本文中SPH模型以粒子代替網(wǎng)格，相當于有限網(wǎng)格的磨粒與粒子化工件的不連續(xù)加工過程。因此，F(xiàn)E的面面接觸算法已經(jīng)不再適用。本文對于有限元單元與光滑粒子接觸界面的相互作用（磨粒與工件），則是通過罰函數(shù)算法來定義，耦合接觸算法采用自動點面接觸算法，主面設(shè)為磨粒，從面設(shè)置為SPH工件（MSTYP=3，SSTYP=4），其對應(yīng)的關(guān)鍵字為*CONTACT_AUTOMATIC_NODES_TO_SURFACE。本文針對接觸算法經(jīng)過多次仿真實驗驗證，得出結(jié)論：自動點面接觸算法、侵蝕點面接觸算法（*CONTACT_ERODING_NODES_TO_SURFACE）均可應(yīng)用于FEM-SPH耦合模型的接觸設(shè)置中，但自動點面接觸算法的計算效率更高且計算不易報錯。故本文最終選用自動點面接觸耦合算法。
4.仿真參數(shù)
仿真參數(shù)的設(shè)置原則一般遵循三點[6]：一是計算時間合適，二是結(jié)合實際工藝參數(shù)，三是適當放大來凸顯作用規(guī)律。
4.1加工參數(shù)的設(shè)置
本文中磨粒的變切深刻劃是通過磨粒的運動完成，工件底面設(shè)為全約束。根據(jù)實際研磨實驗中磨粒相對工件的速度、研磨盤直徑及加工深度[7]，并適當合理放大，設(shè)定磨粒的初始速度為50m/s，最大切深設(shè)為30μm，磨粒從切入工件到離開工件切深的變化范圍為0-30μm。具體仿真參數(shù)的設(shè)置如下表1所示。
展開 基于FE-SPH耦合的算法采用ANSYS/LSDYNA仿真磨粒磨削硬脆材料的裂紋仿真方法總結(jié) ￥9.99
30angle 裂紋云圖
30angle 沿深度方向的裂紋分布云圖
調(diào)試許久的金剛石磨粒磨削硬脆材料引起的裂紋延伸擴展云圖終于有了一定的進展，紀念一下。2021-12-7.
基于FE耦合SPH算法的磨粒變切深刻劃碳化硅陶瓷仿真
粒子拋擲效果及損傷分布與相關(guān)文獻中基本一致，驗證了FE耦合SPH算法的合理性，可用于磨粒精密加工領(lǐng)域。
FEM-SPH耦合算法高效性驗證及球形磨粒恒切深劃擦6H-SiC仿真
對磨粒的約束通過PRESCRIBED_MOTIOM_RIGID關(guān)鍵字定義，較為簡單，而對FEM-SPH耦合工件的接觸設(shè)置用固連點面接觸（TIED_NODE_TO_SURFACE）定義，這就避免了單純SPH工件需要定義關(guān)鍵字*BOUNDARY及 SPH_SYMMETRY_PLANE來對邊界處粒子進行約束。本文的FEM-SPH耦合之處除了工件之間的耦合，還有磨粒與SPH工件的耦合，對對磨粒與SPH工件的耦合接觸采用AUTOMATIC_NODES_TO_SURFACE 關(guān)鍵字進行定義。最后，對仿真時間、沙漏能等進行最后的設(shè)置，另外對于工件損傷裂紋的查看需要借用UE編輯器修改EXTENT_BINARY關(guān)鍵字完成，將所有已經(jīng)定義的關(guān)鍵字在 Part 中進行關(guān)聯(lián)后，并用UE編輯器最終檢查K文件后，完成球形磨粒劃擦6H-SiC工件算例。
2.2.4求解算例
最后在LSPP將文件保存為K文件格式，用LSDYNA Solver求解器求解K文件。在LSPP中可以打開binary文件（D3PLOT）查看云圖，繪制二維圖像等。
3 FEM-SPH、SPH對比
仿真效率的高低與電腦的配置有關(guān)，本次算例在如圖3-1所示的電腦配置下進行。為了較為客觀比較采用FEM-SPH算法與采用SPH算法建模的計算效率，本文進行了兩次仿真，仿真參數(shù)及幾何模型尺寸均設(shè)為相同，但采用SPH算法建模的計算效率低下，在設(shè)置相同仿真時間1μs時，計算時間實在太長（＞90h），因此經(jīng)過多次仿真調(diào)試試驗后，在設(shè)置仿真時間為0.04μs時，采用SPH算法建模的計算時間約為14h37min，這比仿真1μs，采用FEM-SPH算法建模的計算時間（10h42min）還要長（如圖3-2所示），由此可見，采用FEM-SPH算法的計算效率要遠遠高于采用SPH算法建模的計算效率。
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