离散元颗粒仿真软件EDEM资料(四)

主要的离散元软件介绍

主要的离散元软件介绍 离散元方法（DEM）首次于20世纪70年代由CundallandStrack 在《A discrete numerical model for granular assemblies》一文提出，并不断得到学者的关注和发展。 PFC3D模拟效果 该方法最早应用于岩石力学问题的分析，后逐渐应用于散状物料和粉体工程领域。由于散状物料通常表现出复杂的运动行为和力学行为，这些行为难以直接使用现有基本理论，尤其是基于连续介质理论的方法来解释，而进行实验研究则成本高、周期长，DEM仿真技术的应用范围将会越来越广。 （1）商用软件 目前开发离散元商用程序最有名的公司要属由离散元思想首创者Cundall加盟的ITASCA国际工程咨询公司。该公司开发的二维UDEC(universal distinct element code)和三维3DEC(3-dimensional distinct elementcode)块体离散元程序，主要用于模拟节理岩石或离散块体岩石在准静或动载条件下力学过程及采矿过程的工程问题。

该公司开发的PFC2D和PFC3D(particle flow code in 2/3 dimensions)则分别为基于二维圆盘单元和三维圆球单元的离散元程序。它主要用于模拟大量颗粒元的非线性相互作用下的总体流动和材料的混合，含破损累计导致的破裂、动态破坏和地震响应等问题。 EDEM是世界上第一个用现代化离散元模型科技设计的用来模拟和分析颗粒的处理和生产操作的通用CAE软件。使用EDEM，可以快速、简便的为颗粒固体系统建立一个参数化模型，可以导入真实颗粒的CAD模型来准确描述它们的形状。现在大量应用于欧美国家中的采矿、煤炭、石油、化工、钢铁和医药等诸多领域。 中国科学院非连续介质力学与工程灾害联合实验室与极道成然科技有限公司联合开发了国内最新的离散元大型商用软件GDEM，该软件基于中科院力学所非连续介质力学与工程灾害联合实验室开发的CDEM算法，将有限元与块体离散元进行有机结合，并利用GPU加速技术，可以高效的计算从连续到非连续整个过程。 由中冶赛迪公司在冶金、矿山、工程机械工程应用基础上，2013年推出的大型商业软件StreamDEM，是国内首款完全拥有完全独立的自主知识产权，代表了离散元的最高发展水平，让国人和世界站在了同一起跑线上。 （2）开源软件 BALL & TRUBAL (1979–1980) distinct element method (FORTRAN code), originally written by P.Cundall and currently maintained by Colin Thornton.

球磨机离散元仿真分析则多见于国外的研究

球磨机离散元仿真分析则多见于国外的研究 仿真模拟是最近几十年逐渐兴起的先进的方法。按目前的报导可以分为两类：一类是有限元仿真分析；一类是离散元仿真分析。二者的侧重点有所不同。有限元仿真分析主要是通过商业化有限元软件建立球磨机的离散化有限元模型，将球磨机的载荷和约束作为边界条件输入，求解整个球磨机结构在承受载荷时的变形以及应力水平，并进行相关的校核，从而得出球磨机结构的安全系数等等。它是随着有限元理论的成熟以及商业化有限元软件的形成而发展起来的一种先进分析手段。生产厂家主要运用有限元仿真球磨机对球磨机进行结构设计。离散元仿真分析则多见于国外的研究。从理论上来说，离散元是一种模拟非连续体的代表性数值计算方法（这点恰好与有限元不同），对于粒子流动的不连续行为，它以离散体的力学理论，配合牛顿第二运动定律及显式时间积分法来描述离散体的运动。这种方法运用于球磨机的研究当中在国外已得到实验验证并有相关专用软件（耐llsoft)，国内目前未见有用它来仿真模拟球磨机的相关报导。它主要是通过建立筒体忖板和钢球的模型对钢球在不同填充率和转率的条件下的相互运动及于忖板的碰撞等进行模拟。这种方法配合照相实测及其他实验手段，能很好的预测所应该采取的球磨机最佳工况如转速、钢球填充率，甚至矿浆的影响洛明等等从而达到节能的目的。美国能源部（USDE）对矿山用的大型球磨机研究采用的就是这种方法。球磨机通过把实验室的球磨机一端端盖做成透明，快速拍摄球磨机转动时的每一个瞬间来研究球磨介质运动的每一个状态。戴维斯、胡基

等都采用了这一方法来研究钢球运动，井验证了钢球的层运动理论。这一方法的特点是局限于实验室，且随着摄像手段和设备的不断发展而不断完善，如国外目前采用先进的位置密度显示法《PDPs)‘川研究，这是一种数字式的、可视化的并基于统计学的方法。通过迭加大量各自独立的球磨机稳态工作时的介质运动图像，能够较好的系统的研究球磨机的载荷特性（介质动态休止角、开始抛落或泻落位置、落下底脚位置等），甚至可以直接利用扭矩公式计算出球磨机的功率。积极应对复杂形势，着力应对球磨机最新研究方法，球磨机的研究是随着研究手段的发展而进步的，有时甚至研究成果极大程度地取决于所采取的研究手段。尤其是现在随着矿产的“贫化、细化、杂化”,球磨机的设计变得越来越大型化，这对研究手段提出了更高的要求。目前采用的球磨机研究手段主要有以下几种： 照相实测是自球磨机出现以来就采用也一直到现在还在采用的重要手段之一。球磨机实践试验之所以把实践试验作为一种手段，主要是考虑到它对于球磨机研究的重要性．可以说，自球磨机产生以来实际试验就一直存在，也可以称之为经验法。由于球磨机研究的复杂性，理论应用具有很大的局限性，很多情况经验往往比理论更能指导实践。于是，在长期的实践过程中，就积累了很多的经验，甚至有的已经上身为理论，如有关功率计算的经验公式，介质填充率的大小，甚至球磨机转速的选取等等’峰旧．直到今天，很多企业、厂矿仍在不断总结实际经验，并用于指导生产实践． 更多关于球磨机、砂石生产线、石料生产线、选矿设备、压球机、

【CN110046388A】一种基于EDEMFLUENT离散元流固耦合建模方法【专利】

(19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请号 201910193703.3 (22)申请日 2019.03.14 (71)申请人 中铁二院工程集团有限责任公司 地址 610000 四川省成都市金牛区通锦路 三号 申请人 西南交通大学 (72)发明人 杨长卫　郭晋豪　王智猛　刘阳　 王建　童心豪　郭雪岩　李宗昊　 张斌　卢兴旺　 (74)专利代理机构 成都环泰知识产权代理事务 所(特殊普通合伙) 51242 代理人 赵红欣　李斌 (51)Int.Cl. G06F 17/50(2006.01) (54)发明名称一种基于EDEM-FLUENT离散元流固耦合建模方法(57)摘要本发明公开了岩土方面的数值模拟分析计算技术领域的一种基于EDEM -FLUENT离散元流固耦合建模方法，先利用前处理软件对模型进行建模、划分网格和设置边界条件等并导出模型文件，然后将模型文件导入到FLUENT和EDEM当中，在FLUENT中进行注浆浆液属性的设置，在EDEM中进行土体宏观和微观参数的设置，并且注意单位的设置，然后FLUENT与EDEM共同计算迭代至收敛；本发明通过有限元网格计算引入到离散元颗粒流计算当中，将浆液的连续性和土体的离散性质都准确地模拟出来，为从事注浆研究的科研工 作者提供了创新性的研究思路。权利要求书1页 说明书4页 附图6页CN 110046388 A 2019.07.23 C N 110046388 A

权　利　要　求　书1/1页CN 110046388 A 1.一种基于EDEM-FLUENT离散元流固耦合建模方法，其特征在于，具体步骤如下： 第一步，利用Gambit等前处理软件对路基模型进行建模，选择最合适计算的网格类型划分好网格，设置合适的边界条件，并导出网格文件； 第二步，将所述网格文件导入到FLUENT中，并且在FLUENT中对连续介质注浆浆液参数设定和等待计算； 第三步，将所述网格文件导入到EDEM中，填充离散元土体颗粒，设置土体参数和土体之间微观作用力参数； 第四步，将FLUENT中迭代时间步长设置为EDEM中时间步长的1～100倍，在FLUENT中设置模拟时间，然后等待自动迭代计算至收敛。 2.根据权利要求1所述的一种基于EDEM-FLUENT离散元流固耦合建模方法，其特征在于：所述自动迭代计算为耦合模拟计算。 3.根据权利要求2所述的一种基于EDEM-FLUENT离散元流固耦合建模方法，其特征在于，所述耦合模拟计算的方法为： 第一步，EDEM中计算颗粒的速度和位置等信息； 第二步，FLUENT中计算每个网络中包含的颗粒体积分数； 第三步，EDEM中计算浆液对土体的作用力； 第四步，FLUENT中计算浆液与土体之间的动量、能量等交换； 第五步，根据能量和动量等的交换相，在FLUENT中计算流体运动； 第六步，将所述第五步中计算的流体运动向EDEM中传递流体速度，重新进行所述第三步的操作； 第七步，通过重新进行的所述第三步的操作向EDEM中传递浆液对土体的作用力，重新进行所述第一步的操作，循环往复。 4.根据权利要求1所述的一种基于EDEM-FLUENT离散元流固耦合建模方法，其特征在于，所述第二步导入FLUENT中对网格模型设置浆液的计算参数为：Density(kg/m3)选择constant且参数设置为1760，Viscosity(kg/m-s)选择constant且参数设置为0.06。 5.根据权利要求1所述的一种基于EDEM-FLUENT离散元流固耦合建模方法，其特征在于，所述第三步中土体参数的设置为：Poisson’s Ratio(V)0.28，Solids Density(p) 1920kg/m3，Shear Modulus(G)20664e+06 Fa，Work Function 0 eV，Coefficient of Restitution 0.5，Coefficient of Static Friction 0.5，Coefficient of Rolling Friction 0.01。 6.根据权利要求1所述的一种基于EDEM-FLUENT离散元流固耦合建模方法，其特征在于：所述第四步中FLUENT中时间步长的设置为：Run Culculation选择Check Case，Time Stepping Method的时间步长设置为0.0002和2000，Max Iteration/Time Step设置为20，Reproting Interval设置为1，Profile Update Interval设置为1。 7.根据权利要求1所述的一种基于EDEM-FLUENT离散元流固耦合建模方法，其特征在于：所述第四步中EDEM中时间步长的设置为：Time Integaration选择Euler，Fixed Time Step设置为14.5803％、4e-05s，Total Time设置为30s，Target Save Interval设置为0.1s，Call Size设置为5 Rmin、15mm。 2

EDEM软件介绍

基于离散元方法的EDEM软件介绍 2012年09月

离散元方法简介 传统的力学研究都是建立在连续性介质假设的基础上的，即认为研究对象是由相互连接没有间隙的大量微团构成。然而，这种假设在有些领域并不适用，如：岩土力学。1971年，CUNDALL提出的一种处理非连续介质问题的数值模拟方法，离散元方法（Discrete Element Method，简称DEM），理论基础是结合不同本构关系（应力-应变关系）的牛顿第二定律。随后，这种方法被越来越广泛的应用于涉及颗粒系统地各个领域。通过求解系统中每个颗粒的运动学和动力学方程（碰撞力及场力），不断地更新位置和速度信息，从而描述颗粒系统行为。 EDEM软件介绍 EDEM主要由三部分组成：Creator、Simulator和Analyst。Creator是前处理工具，完成几何结构导入和颗粒模型建立等工作；Simulator是求解器，用于模拟颗粒体系的运动过程；Analyst是后处理工具，对计算结果进行各种处理。 图1.1 EDEM结构框架及功能 Creator——EDEM的前处理工具 EDEM的前处理工具Creator主要完成建模工作，包括：材料参数设置，确定颗粒形状、颗粒产生方法、几何设备导入及运动特性描述等。

Creator的颗粒几何形状建模 现实世界中，颗粒状物质形状各异、千差万别，而形状对颗粒体系的运动情况又有着重要的影响。EDEM的前处理工具可以精确描述颗粒的几何外形，Creator 通过球面填充技术，将颗粒的表面用若干球面的组合表征，不仅能体现颗粒的非球形特征，又可以使颗粒的接触满足球面接触的物理模型。 图1.2 颗粒建模界面 图1.3 采用球面填充方法表征颗粒形状

离散元方法与有限元方法的比较

离散元方法与有限元方法的比较 摘要 离散元方法是由分析离散单元的块间接触入手，找出其接触的本构关系，建立接触的物理力学模型，并根据牛顿第二定律，对非连续、离散的单元进行模拟仿真。而有限元方法是将介质复杂几何区域离散为具有简单几何形状的单元，通过单元集成、外载和约束条件的处理，得到方程组，再求解该方程组就可以得到该介质行为的近似表达。 本文中并介绍刚体－弹簧元法及极限平衡法，还有离散元法有限元法结合之应用，以及工程中的离散元方法的应用实例。本文中介绍的实例有：丽江地震区应力场研究及离散变量结构拓扑优化设计研究及基于混合离散复合形法的工程优化设计及离散元与壳体有限元结合的多尺度方法及其应用以及昌马水库枢纽工程右岸岩石边坡稳定性的离散元法分析。 关键词：离散元方法、有限元方法、刚体－弹簧元法、极限平衡法1.离散元方法 1.1离散元方法的基本概念【1】 离散元方法也被称为散体单元法，最早是1971年由Cundall 提出的一种不连续数值方法模型，离散元理论是由分析离散 单元的块间接触入手，找出其接触的本构关系，建立接触的 物理力学模型，并根据牛顿第二定律建立力、加速度、速度 及其位移之间的关系，对非连续、离散的单元进行模拟仿真。

1.2离散元方法的历史背景【2】 离散元法又称DEM（Discrete Element Method）法，它的思想源于较早的分子动力学（Molecular Dynamics）。1971年由Cundall 最先提出，其研究对象是岩石等非连续介质的力学行为。1979年，Cundall和Strack又提出适于土力学的离散元法。国内出现了用于土木工程设计的块体离散元分析系统2D-Block和三维离散单元法软件TRUDEC；在冲击波研究方面，唐志平等建立了二维和三维细观离散元理论和DM2程序。 1.3离散单元法的特点【3】 ●岩体或颗粒组合体被模拟成通过角或边的相互接触而产生相互 作用。 ●块体之间边界的相互作用可以体现其不连续性和节理的特性。 ●使用显式积分迭代算法，允许有大的位移、转动和使用。 1.4离散单元法的求解过程 离散元法具体的求解过程分为显式解法和隐式解法，下面分别介绍其适用范围。 显式解法【4】： 显式解法用于动力问题的求解或动态松弛法的静力求解，显式算法无须建立像有限元法那样的大型刚度矩阵，只需将单元的运动分别求出，计算比较简单，数据量较少，并且允许单元发生很大的平移和转动，可以用来求解一些含有复杂物理力学模型的非线性问题，时间积分采用中心差分法，由于条件收敛的限制，使得

离散元仿真在中国

离散单元法在中国 离散元（DEM）简介及发展历程 离散单元法（Discrete Element Method，DEM）是由美国学者Cundall P.A.教授在1971年基于分子动力学原理首次提出的一种颗粒离散体物料分析方法，是一种基于牛顿第二运动定律和颗粒之间的接触模型计算颗粒运动行为的模拟方法，其主要优点是可以基于基本的数据模拟复杂系统而不必采用过分的简化假设，能够更好地反映一些过程的本质。该方法最早应用于岩石力学问题的分析，后逐渐应用于散状物料和粉体工程领域。 1960s:在现有的连续性模型中引入非连续性 1971:首先应用于岩石力学问题，并得到认可 1979:扩展到颗粒材料（不仅仅是岩石） 1992: 离散元被开发成电脑程序，它可以： i.允许有限的位移、转动和离散物体的分离 ii.随着计算的进行，识别新的接触 90年代后期~21世纪，关于DEM的出版物呈指数增长 2005：EDEM 1.0发布 2013：EDEM BulkSim1.0发布 离散单元法的应用行业 我们的旗舰产品EDEM BulkSim是在EDEM的基础上，专门为转运站的设计工程师定制开发的，专注于解决散料输运系统的设计过程中遇到的工程挑战。适用的行业包括：冶炼、采矿、燃煤电厂和码头等。对于工程和设备供应商来说，物料输运系统已经成为一个高度竞争的市场，他们面临着在降低费用的同时还需要通过设备改造和扩建来提高产量。转运站是输运系统一个不可分割的、常见的组成部分。不管是将物料从一个皮带转到另外一个皮带，还是将物料转移到处理设备（例如破碎机），转运站都是采矿和矿物加工操作的核心设备。 性能良好的转运站会给采矿操作带来一系列的好处：