离散元相关软件介绍

1、离散元相关软件介绍EDEM是世界匕第一个用现代化离散元模型科技设计的用來模拟和分析颗粒处理和生产操作的通用CAE软件。大量应用干欧美国家中的采矿、煤炭、石汕、化工、钢铁和医药等诸多领域.使用EDEtVL可以快速、简便的为颗粒固体系统建立一个参数化的榄型.可以通过导入真实颗粒的CAD模型来准确描述它们的形状，通过添加力学性质.物料性质和英它物理性质来建立颗粒模型.并且在处理过程中.可以把产生的数据桶存在相应的数据库中oEDEM的特点和优势EDEM是世界上第一个可以通过与CFD软件耦合来对固一液/气相系统进行颗粒尺度模拟的CAE软件.当顺粒间或颗粒和讎面相互柞用对系统行为很軍要时，EDEM种这项猊

2、特的技术就能够左成此类型的模拟分折.FDEM也可以和FEA工具相稱合，可以模拟机械组分的动态找荷并11可以宜接将结果输出到结构分析工具中。利用EDEM的ParticleFactoryTM术.可以根据机器形状來奇效生成颗粒集合，瓦中机器形状可以作为固体模型或表而网格从CAD或CAE系统中孑入袖机器组成部分是可以集成的，并且可以对每个和分单铀的设定动力学特性.EDEM是一个强有力的CAE工具，利用其独特的功能，能次一种更加准确的方式对颗粒处理及疑生产操作进行研究，从而产生一种与以往不同的崭新的认识.EDEM有很多自身的优势，如：获得不易测龜的颗粒尺度行为的信息；减少对物理原型和试验的需求；检杳由颗

3、粒尺度现象所引起的操作问题；确定颗粒流对流体行为或机械的影响等等。2.2.1.3 EDEM的应用范围主要应用领域包括：混合和分离，颗粒的损伤和磨损，热和质量传递，机器部件对颗粒碰撞的力学反应，收缩、破裂和凝聚，固一液流的条件，干湿固体的压缩，腐蚀，颗粒的包装和表面处理，化学反应动力学，危险物料的处理，沉降和颗粒从固液体系中的去除，胶体和玻璃体的行为，粘性和塑性力学。2.2.2 UDEC和3DECUDEC和3DEC的简介UDEC和3DEC针对岩体不连续问题开发，模拟非连续介质在静/动态荷战作用下的反应、包括块体间的完全脱离.UDEC和3DEC采用显式丼分方法求解，实现对物理非稳定问題的稳定求解，

4、可以追踪记录破坏过程和模拟结构的大范田破坏'UDEC/3DEC是帮助采矿和岩土工程师进行分析和设计高级非连续介质程序UDEC和3DEC可以模拟节理岩体介质在准静态或动态荷载作用下的反应。不仅可以模拟接触的脱离，也可以侦察新接触的产生和模拟新产生的接触的力学行为。UDEC和3DEC可以在所有的windows环境下安装运行，利用标准输出窗1-1（如记事本）进行命令流操作.多种材料模型，全动态能力和快速高分辨率图形能力方便建模进程。包括动画电影在内的多种图形捕捉和输出功能，用户可以利用内过FISH语言而最大程度地控制模型运行。UDEC和3DEC已经在工程、咨询、教学和研究中应用了近二十年，用

5、户遍布世界30多个国家。应用领域包括涵盖采矿、土木、石油、和废料隔离等，是非连续岩石力学与结构问题的首选分析程序.2.2.2.1 UDEC&3DEC的基本特点（1）用多边形或多面体的块体组合模拟非连续介质处，其中块体之间的接触而可以发生滑移甚至完全的脱开，块体可以是刚体或也可以是变形体，块体之间可以发生新的接触.（2）接触面沿法向和切向的运动由线件和非线件力位移关系拎制。(3) 材料模型包括弹性、各向异性、莫尔库仑、Drucker-Prager.双线性塑性、应变软化、蠕变等，用户可以自定义介质的本构关系。(4) 动力学和热力学模块帮助实现对热力学和动力问题的仿真，吸收边界反射波和进行波

6、输入的处理方式实现完全动力学分析。(5) 可以实现分步开挖、分步回填(浇筑)、分步加固的施工过程完全仿其模拟。(6) 提供广泛的工具进行屏幕输出，包括：在接触面绘制矢量和等值线、观看节理结构(与块体结构隔离)的浏览工具；可以用多种工业标准格式进行图形输出，电影浏览工具，可进行动画显示对高分辨率屏幕图像和绘图单元进行互动操作。(7) 内置前处理工具包括AutoCAD前处理器、隧道生成器、基于统计的节理组生成器。(8) 用内/外区域耦合和自动径向分级网格生成來模拟”无限域”问题。(9) 地下水可以处理成裂隙水或孔隙水、静态或流态(UDEC)形式。(10) 结构加固单元包括锚杆、锚索、梁、衬砌。2.

7、2.2.2 UDEC&3DEC的功能优势非连续介质材料被处理成凸多边形(UDEC)或四面体(3DEC)的集合体，块休可以是可变行体，也可以是刚体。(1) 不连续面被处理成块体Z间的接触边界。(2) 块体沿不连续面的运动在法向和切向服从线性或非线性的力一位移关系。(3) 材料模型包括：线弹性、各向异性、Mohr-CoulombsDrucker-Prager双线性塑性、应变软化、流变、用户自定义.(4) “空(Null)”材料块用于模拟开挖回項过程。(5) 有效应力和孔隙水力坡度计算。(6) 结构面渗流、渗流一应力偶合计算。(7) 结构单元逻辑描述了：cable单元可以模拟沿锚固体全长范围

8、内的剪切作用；结构面的局部加固(只加固结构面)；表面加固如喷肘混凝土和衬砌。(8) 广泛的屏幕显示和输岀功能：单独显示节理等结构面；结构面计算结果的矢量和等值线绘制：高淸晰度的屛幕交互操作功能；符合工业标准的图形输岀方式.(9) 3DEC的预处理器可以直接读取AutoCAD文件、转化成3DEC数据文件生成四面体。(10) 隧道生成器、统计分布节理生成器、电影播放器等内置功能满足不同需耍。(11) 利用内外域偶合功能模拟无限域问题。(12) 系统的真时间历程瞬时动力响应模拟。(13) 内置热源的热和热力学问题模拟。(14) 衬砌单元逻辑和有限元块体使得3DEC可以模拟易弯曲的薄型结构。(15)

9、用户可以C+编写自己的本构模型作用程序的动态链接库(DLL)被调用.2.2.3 PFC2D&PFC3DPFC2D&PFC3D的简介PFC(ParticleFlowCode)是利用离散元理论和显式差分算法开发的微/细观力学程序，与UDEC/3DEC不同的是它不能直接给模型介质”赋"初始应力条件和物理力学参数，所有这些都必须通过不断调整构成模型介质的基本粒了相应的微力学参数、接触方式和级配组成來实现，适用研究粒状集合体的颗粒的流动(大位移)问题以及破裂和破裂发展问题.2.2.3.1 PFC2D&PFC3D的基本功能介质是颗粒的集合体，它由颗粒和颗粒之间的接触两个部

10、分组成。(1) 接触方式和强度特征是决定介质基本性质的重要因素。(2) 颗粒大小可以服从任意的分布形式。(3) “接触”物理模型由线性弹簧或库仑滑移、简化的Hcrtz-Mindlin平行或接触链接等模型组成.(4) 内置接触模型包括：简单的塑性模型、简单的粘弹性模型、以及位移软化模型。(5) 濮块体可以作为普通形状”超级颗粒”使用，凝块模型支持”奴化”凝块或颗粒的创建。(6) 可指定任意方向线段为带有自身接触性质的墙体，普通的墙体提供几何实休。-(7) 提供了两种阻尼：粘性和局部非粘性。j模拟过程中墙体和颗粒可以随时増减.：(8) 通过能量跟踪可以观察体功、边界功、链接能、縻擦功、应变能、动能

11、.(9) 密度调节功能可用來优化解题效率和增加时间步长。(10) 可以实时追踪所有变最并能绘成”历史”示图或存储起来。(11) 可以在任意多个环形区域量测应变率、平均应力、和孔隙率.(12) PFC除全动态操作模式外还提供了准称态操作模式以确保快速收敛到稳定状态解。(13) “蜂房”映射逻辑的使用确保了系统颗粒数目呈线性(而非指数)与解题时间增长。2.23.3 PFC2D&PFC3D的特色功能强大PFC是以介质内部结构为基本单元(颗粒和接触)、从介质结构力学行为角度研究介质系统的力学特征和力学响应。PFC中有效的接触探测方式和显式求解方法保证可以精确快速地进行大量不同类型问题的模拟一从

12、快速流动到坚硬固体的脆性断裂。应用广泛PFC是髙级非连续介质程序，适用于任何需要考虑大应变和/或破裂、破裂发展、以及颗粒流动问题。在岩土体工程中可以用来研究结构开裂、堆石材料特性和稳定性、矿山崩落开采、边坡解体、爆破冲击等一系列传统数值方法难以解决的问题。性能独特PFC采用的显式求解方式为不稳定物理过程捉供稳定解。它通过模拟介质系统内部颗粒间接触状态的变化粘确描述介质的非线性特征，这-固有特性使PFC成为同类程序中唯-的商业软件。实践证实PFC已经在工程咨询、教学和研究中应用了近十年，目询持证用户超过600个，遍布32个国家。在世界各地已经被成功地应用到许多领域，包括采矿、土木、石油、化工、和

13、废料隔离等工程.2.23.4 PFC2D&PFC3D的应用特点(1) 模拟任意尺寸粒子集合体的动力行为，允许粒子半径服从均匀分布或髙斯分布。(2) 集合体(介质)特性与单个粒子有关，允许介质属性和粒子半径呈连续梯度变化.(3) 双精度存储粒子坐标和半径，避免数值溢出。(4) 粒子之间接触的物理状态包括：线弹性或简化的Hertz-Mindlin续型、Coulomb滑动、以及接触式或平行式粘结。i(5) 集块逻辑帮助创建“隶属粒子组”即集块用来代表某种儿何形态的超级粒子。(6) 任何数冃任意方位的线段可以被定义成边界单无(wall).Wall可以用来实现对象儿何形态的模拟，粒子的集合通过给

14、边界单元(wall)施加速度实现。(7) 自动时间步长计算以获得稳定解。(8) 计算过程中的单元扫描方式使计算时间只和粒子数目呈近似的线性增长关系.(9) 允许计算过程中随时增加和删除粒子及边界墙(wall)以模拟开挖和回填过程。(10) 两种阻尼方式可供选择：局部非粘性和粘性.(11) 密度比例可用來增加计算时间步和优化计算效率。(12) 能量跟踪技术允许对多种功和能如边界功、摩擦功、运动能和应变能进行跟踪记录。(13) 可对模型中给定圆形区域内任意数目的粒子测呈其平均应力、平均应变率和孔隙等，允许对任何指标进行跟踪、记录、并以历程方式输出。(14) 准静态操作模式可以保证求解过程的快速收敛

15、.仃6功能强大的内胃程序语言FISH提供了操作内部变量和进行个性化运算的完全渠道.!(16) 显式求解方式可以实现对物理不稳定问题的模拟。(17) 内置接触模型包括：简单粘弹性模型、简单Ductile模型和位移软化模型PFC3D的力学模型对于PFC3D软件来说，通过离散元建立的力学模型是粒子流模型，它是把整个运动过程分别用粒子来反映，粒子流摸型的移动是很拥不同额粒之间的受力形成的位移变化，正如牛顿力学定律所捲述的颗粒之间同样存在着力与运动的关系，若粒子收到力的作用便产生位移,但当力学系统处于平衡状态时，且颗粒受的合力为零时，颗粒系统处于静止或匀速的运动.PFC3D软件假设颗粒为刚性,颗粒单元为

16、圆球形，接触发生在很小的范围内且为软接触，即法向刚度可以用有限值代表的可测量刚度.于是此力学疔为就可以用颖粒间的接触力和运动惰况来表示根拯牛顿力学定律，当颗粒受到力学作用的吋候便产生运动，当很务倾粒在一起发生桃搞的之后，力在不同的颗粒间发生传递，于是改变了颗粒的运动狀杰，同时能量也在颗粒之间进行这传递，此离散元软件通过一个时步把所有的颗粒与赖粒的瞬间碰撞过程进行让算*应用PFC3D软件，除了可以对粒子流的量进行处理以外'还町以限定初始条件和给出边界限制，逍而来对实际情况下由于烫到各种限制的颗粒集合体进行计算和测量*不仅如此,PFC3D软芹不但可以对粒子流建立模型，同样应用它和可以对瑞体

17、”建立模型，可以通过“墙体打进行边界限制，同时也可以应用"墙体“来加轅相关的速度条件，“墙体”的形状可以通过相关的命令来自由的定义，颗粒与墙体之间同样存在力学的相互作用.当颗粒与“墙体"接触时发生力的相互作用，但颗粒对于“墙体”的作用力不会使墙体不产生位移，在此过程中，可以把“墻体"看做种固定的机架*接触不可以发生在“墙体”，只能是颗粒与“墙林”或若是颗粒与撅粒亦战两种悄况同时发生.本文选取应用PFC3D进行建模，正足由于此软件的力学模型可以很好的反映出球磨机的磨球的运动狀态.而且可以对球踊机运动过程中的球的受力情况进行分析.与此同时'可以应用"

18、埴休”摸型对球炳机的简体进行建摸，给其相关转速条井求出相应的受力情况和功率情况。PFC3D的基本假设及计算过程在模拟过程中PFC3D作如下假设：(1)颗粒单元为刚性体*(2) 颗粒单元为圆球形；接触处有特殊的连接强度；:(3) 接触发生在很小的范围内，即点接触；I接触特性为柔性接触，接触处允许有一定的“重叠”量：“重叠”量的大小与接触力有关，与颗粒大小相比，“垂叠”量很小。除了边界条件外，在解决连续介质力学问题时，还必须满足变形协调方程、平衡方程和本构方程。对于PFC3D而音，从一开始介质就被假设为离散休的集合，因此颗粒与颗粒之间没有变形协调的约束。但对于平衡方程来说，若颗粒上承受的合力和合力矩不为零，颗粒就会按照牛顿第二定律的规律进行运动。颗粒的运动是受到周围颗粒限制的，不是独立的，这种制约的阻力和位移的规律就等同于物理方程。这种