Ansysブログ
August 4, 2023
離散要素法について
DEMの仕組み
すべてのDEMコードの基本的な動作原理は、粒子の衝突を検出し、接触力を計算することです。これは、粒子が剛体であり、接触時のあらゆる変形がオーバーラップとしてモデル化されるソフトスフィア法を使用して達成されます。DEMは領域内の各粒子を組織的に追跡するため、次の時間ステップでの各粒子の位置の予測を容易にします。
DEMにおける粒子形状の重要性
粒子の流れは、その形状によって大きく影響される可能性があります。球体では単純な接触検出と単一の接触点が可能になりますが、通常、現実世界では見られません。そのため、Ansys Rockyのようなツールが提供する機能である他の形状をモデル化することが重要です。
多面体のような実際の粒子形状は、保圧密度、輸送の線形モードと回転モード、せん断およびインターロック中の膨張、および材料の強度によって異なります。しかし、実際の粒子形状をモデル化することで、接触検出やオーバーラップの要件により、計算の必要性が増大する可能性があります。
DEMシミュレーションにおけるGPU処理と粗粒モデリングの役割
GPU処理は、DEMシミュレーションの重要な側面です。DEMは各時間ステップですべての粒子を追跡するため、GPU処理は精度を犠牲にすることなくこのプロセスを大幅に高速化できます。
粒子の数が圧倒的に多い場合には、粗粒化モデリングが使用される可能性があります。このアプローチでは、より大きな粒子を小さな粒子のグループとして表現することで粒子の総数を減らし、計算効率を向上させます。
高度なDEM手法: CFDおよびSPHとの結合
流体の力と粒子の流れを考慮するために、数値流体力学（CFD: Computational Fluid Dynamics）をDEMと効果的に組み合わせることができます。この方法は、メッシュベースのアプローチと任意の粒子形状で使用できます。
流体力学での使用が増えている技法は、SPH（Smoothed Particle Hydrodynamics）とDEMの組み合わせです。このアプローチは、複雑な自由表面の流れを捕捉するのに優れており、特に飛沫や表面分裂が必要な場合に適しています。SPH-DEM法では、ラグランジュメッシュレスアプローチを使用して、流体要素のセットに離散化することで、流体力学を捕捉します。粒子は核関数を使ってローカル変数の滑らかな場を計算するために補間されます。
離散要素法の応用: Ansys Rocky
Ansys Rockyは、バルク材処理業界のスペクトルのエンジニア向けに、プロセス、材料、および幾何学的変数の動的な相互作用をマッピングすることにより、プロセスを計算的に解析する独自のプラットフォームを提供します。
洞察を高めるために、Rockyでは次のような高度な物理モデルを使用できます。
- マルチフィジックスモデル: RockyはAnsysと完全に統合されており、数値流体力学（CFD）、有限要素法（FEM）、および格子ボルツマン （LBM）パッケージとの最先端の結合を可能にし、多相多成分流体を正確にシミュレーションします。
- 複雑な粒子形状: 高アスペクト比ファイバーを含む、粒子のリアルな表現を実現するカスタム3Dおよび2D粒子。剛体または弾性体になります。
- 複雑な動作: 複雑な動作を簡単に指定できます。Rocky内でも自由度6の動作を指定できるため、外部マルチボディダイナミクス（MBD）ソフトウェアは必要ありません。
- 破損モデリング: ABT10モデルやTavaresモデルなど、粒子破損のための定評のあるモデルが含まれています。
