ANSYS 部落格
August 4, 2023
認識離散元素分析法
DEM 的運作方式為何？
每個 DEM 程式碼的基本運作原理是偵測粒子碰撞，並計算接觸力。這是透過使用軟球體方法實現的，其中粒子屬剛性，接觸時的任何變形都被建模為一次重疊。DEM 有系統地追蹤領域中的每個粒子，協助預測每個粒子下一步的位置。
DEM 中粒子形狀的重要性
粒子的流動可能會受到其形狀的顯著影響。儘管球體允許簡單的接觸檢測和單點接觸，但它們在現實中並不常見。因此，重要的是模擬其他形狀，此即為 Ansys Rocky 等工具提供的功能。
真實的粒子形狀，例如多面體，其包裝密度、線性和旋轉傳輸模式、剪切時的擴張和聯鎖，以及材料的強度方面都有所不同。然而，建模真實粒子形狀可能會增加計算需求，因為需要進行接觸檢測和重疊處理。
GPU 處理和粗鬆結構模型在 DEM 模擬中的作用
GPU 處理是 DEM 模擬的一個重要面向。由於 DEM 會在每個步驟追蹤每個粒子，使用GPU 處理可以大幅加速此過程的速度，而且不會犧牲精確度。
在粒子數量極大的情況下，可以採用粗鬆結構建模的方法。這種方法透過使用較大的粒子來代表一組較小的粒子，降低了總粒子數量，提高了運算效率。
進階 DEM 技術：與 CFD 和 SPH 結合
為了考慮流體對粒子的影響以及粒子上的流動，可以有效地將DEM與計算流體動力學（CFD）相結合。這種方法可以與基於網格的方法以及任何粒子形狀一起使用。
在流體動力學中越來越常見的一種技術是將光滑粒子流體動力學 (SPH) 與 DEM 結合。這種方法在捕捉複雜的自由表面流動方面表現出色，且不存在擴散錯誤，特別適用於存在濺潑或表面碎裂的情況。SPH-DEM 方法使用 Lagrangian 無網格法，透過將流動動力學離散為一組流體元素來捕捉流動動力學。然後使用核心函數內插粒子，以計算局部變數的平滑場。
離散元素分析法的應用：Ansys Rocky
Ansys Rocky 提供了一個獨特的平台，讓多種大型物料處理產業的工程師能夠通過對流程、材料和幾何變數的動態相互作用進行計算分析。
為獲得更深刻的理解，Rocky 提供多種先進的實體模型，包括：
- 多物理模型：Rocky 與 Ansys 完全整合，並讓計算流體動力學 (CFD)、有限元素法 (FEM) 和 Lattice Boltzmann (LBM) 套裝進行最先進的結合，以準確模擬多相多元流動。
- 複雜的粒子形狀：自訂 3D 和 2D 粒子以實現逼真的粒子呈現，包括高縱橫比纖維；可使其更為堅固或有彈性。
- 複雜運動：可輕鬆指定複雜的運動。您也可以在 Rocky 內指定 6 個自由度的自由體運動，因此不需要外部多體動力學 (MBD) 軟體。
- 破損模型：包括完善的粒子破損模型，例如 ABT10 和 Tavares 模型。
