EDEM软件介绍

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1、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（DiscreteElementMethod，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

2、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1.1EDEM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。1Creator的颗粒几何形状

3、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2图1.4各种形状的颗粒颗粒工厂技术TMEDEM特有的颗粒工厂技术（ParticleFactory），可以根据用户需要，设置颗粒的初始位置、生成速率、颗粒种类、粒径分布等。图1.5按正态分布生成的颗粒3图1

4、.6指定颗粒生成的位置（红色区域）EDEM的材料数据库EDEM的材料数据库允许客户将所关注领域内的各种材料整理成库，在每次建模仿真时，直接从库里导出，不仅减少了用户建模时查找数据的繁琐工作，实现了相关数据的管理和积累。此外，EDEM也内置了一些材料的特性参数供用户参考。图1.7Creator中的材料库丰富的接触模型接触模型是离散单元法的重要基础，其实质就是拟静态下颗粒固体的接触力学弹塑性分析结果。接触模型的分析计算直接决定了粒子所受的力和力矩的大小。需要指出，尽管接触关系是非线性的，仍近似采用叠加原理。离散元法的接触模型有多种，接

5、触力的计算方法也各不相同，但是整体计算的原理都是相同的。EDEM中内置的接触模型列举如下：Hertz-Mindlin(noslip)——基本接触模型，计算颗粒接触时的基本作用力；4Hertz-MindlinwithBonding——在Hertz-Mindlin(noslip)的基础上，考虑了颗粒内聚力的影响；Hertz-MindlinwithHeatConduction——在Hertz-Mindlin(noslip)的基础上，计算颗粒接触后的热量传递情况；LinearCohesion——描述颗粒结块，粘结的物理模型；LinearS

6、pring——基本接触模型，计算颗粒接触是的基本作用力；MovingPlane——颗粒与运动平面间接触过程的物理模型；Tribocharging——带电颗粒相互作用的物理模型；激励的施加EDEM可以施加各种不同的复杂激励，如：1）连续运动（平动、转动及复合运动）2）间歇性运动激励（振动）EDEM的几何文件接口EDEM支持多种格式的几何文件。通过几何文件，用户可以将其他CAD软件建立的机械设备几何模型导入EDEM，减少了重复建模和对模型的修整，提高建模效率。目前，EDEM所支持的几何文件格式如下表所示。图1.8导入几何模型文件扩展名

7、类型应用软件源.igs.iges几何文件IGES5.msh几何文件FluentMesh.stl几何文件STL.stp.step几何文件STEP表1.1EDEM支持的标准文件类型EDEM先进的求解技术利用DEM求解器Simulator进行模拟，可以快速、有效地监测离散颗粒间的碰撞；能够选用动态时间步长；软件既可以在单个处理器上运行，也支持多处理器并行计算；可以通过模型参数的可视化图表来分析模拟结果，从而快速地识别趋向和修正结果。图1.9Simulator界面EDEM利用离散单元法进行计算，其基本思想是把介质看作由一系列离散的独立运动

8、的单元（粒子）所组成，单元的尺寸是细观的，利用牛顿第二定律建立每个单元的运动方程，并用显示中心差分法求解，整个介质的变形和演化由各单元的运动和相互位置来描述。在解决连续介质力学问题时，除了边界条件以外，还有3个方程必须满足，即本构方程、平衡方程和变