快速了解離散元仿真軟件Altair EDEM（與多體/有限元/流體軟件實現耦合）

ALTAIR

2019年11月28日 14:27

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2019年11月7日，Altair（納斯達克股票代碼：ALTR）宣布收購英國DEM Solutions公司，其旗下產品EDEM是散體物料仿真領域離散元方法(DEM)技術的市場領導者。

EDEM可應用于物料輸送、物料破碎、物料攪拌、物料裝卸、高爐布料、固體擠壓切割、藥粉混合等領域，包含如下幾方向：（1）混合與分離；（2）收縮、斷裂及凝聚；（3）顆粒的損傷和磨損；（4）固-液流的條件；（5）機器部件對顆粒碰撞的力學反應；（6）腐蝕；（7）顆粒包裝和表面處理；（8）熱和質量的傳遞；（9）化學反應動力學；（10）沉降和顆粒從固-液體系中的去除；（11）危險切料的處理；（12）干-濕固體壓實；（13）粘性和理性力學；（14）膠體和玻璃體的行為。

目前對散體物料的研究主要使用離散元方法。離散元法（Discrete Element Method, 簡稱 DEM）就是離散單元法，是指每個單元都是離散的，有獨立特性的，也就我們常見的顆粒狀物料。離散元法的核心思想就是在拉格朗日坐標體系下，針對每個顆粒進行檢索，計算由于接觸產生的力，再運用牛頓第二定律進行計算顆粒的加速度/速度和位移的變化，進而得到整個系統的狀態。

EDEM作為全球首個多用途離散單元法建模軟件，采用先進的建模技術，可以快速準確地建立煤塊、礦石、土壤、藥片等各類固體散料的模型，可用于工業生產中的顆粒處理及其制造設備的生產過程的仿真與分析。

用戶可以使用 EDEM 輕松快速地創建顆粒實體的參數化模型。為了反應出實際顆粒的形狀，用戶還可以將 CAD實體模型直接導入EDEM ，這大大增加了其仿真的準確性。

此外，也可以將力、材料和其他物理特征添加到 EDEM中，形成顆粒模型。這些特征可以保存到軟件的數據庫當中，以便用戶建立個性化的模型處理環境。

EDEM 可以設定每個顆粒的屬性（質量、速度等）及施加在顆粒上的力的信息。它能夠將顆粒的各種形狀考慮在內，而不是簡單地假定所有顆粒都是球形。EDEM為工程的后處理提供了數據分析、顆粒流的三維可視化和視頻制作等功能。EDE的Particle Factory （顆植工廠）技術為生成顆粒集合提供了獨特、高效的方法：機械幾何體可以從 CAD 或 CAE中以實體模型或網絡模型的形式導入到 EDEM中。機械零件可以劃分為組，還可以分別設定每個組的動力參數。在 EDEM中可以完成機械元件的組裝，還可以設定每個部件的運動特性。

EDEM提供了豐富多樣的接觸模型，比如Hertz-Mindlin模型，用于常規顆粒的接觸作用；Hertz-Mindhn with JKR 模型，用于藥粉等粉體顆粒和農作物、礦石、泥土等含濕物料，顆粒間因靜電力、含濕水分等原因發生明顯粘結和團聚；Hertz-Mindhn with RVD Rolling Friction 模型，在基本的Hertz-Mindlin模型基礎上調整滾動摩擦力的計算方式，適于強旋轉體系對物料滾動特性有嚴格要求的問題。最新版本的EDEM采用接觸模型鏈的方式，將原來的十幾種接觸模型，利用組合的方式推廣到上百種；比如，可以將破碎模型和熱傳導模型進行聯合，這在以前是需要大量的代碼開發的。如果加上軟件的API接口開發功能，這又會大大增加接觸模型的數量，可以幫助我們適用于不同的仿真需求。

EDEM可以聯合主流的CAE工具軟件進行顆粒系統與流體、機械結構及電磁場的耦合模擬仿真。

1、與 MBD（多體動力學）軟件耦合

EDEM與 MBD（多體動力學）進行耦合，可以仿真設備的動態力學響應，不僅可獲取固體散料對機械設備的真實載荷大小及其對設備性能產生的影響，同時可通過分析固體散料的力學響應，為機械設備作業質量評估提供依據。

Altair HyperWorks? 2019.1實現了Altair MotionSolve和EDEM之間的實時雙向耦合。

在EDEM中創建散料的模型，設定顆粒的形狀和質量等屬性，創建顆粒間的接觸。在MotionSolve創建系統的多體動力學模型，與EDEM共享相關的幾何。耦合仿真同時計算，每個時間步交換數據：MotionSolve計算設備部件的位置和速度，共享數據給EDEM，EDEM計算散料顆粒之間的接觸力，以及與設備部件之間的相互作用，共享各部件上的合力和力矩給MotionSolve。兩者耦合計算整個系統的運動狀態。