Rocky DEM: область применения, методы решения, примеры

Аватар пользователя brsv
0 165

 

Относительно недавно в перечне продуктов появился интересный инструмент Rocky DEM, о котором будет рассказано в данной статье.

Rocky DEM — это эффективный инструмент для моделирования динамики и теплообмена сыпучих сред, оболочечных материалов и различных волокон методом дискретных элементов (DEM).

К основным особенностям продукта можно отнести следующее:

  • произвольные формы частиц
  • продвинутые модели разрушения частиц, поверхностного износа и адгезии
  • сверхпроизводительные мульти-GPU вычисления,
  • простая и эффективная работа с движением геометрии
  • передовые удобные средства постобработки
  • полная интеграция с Ansys Workbench
  • автоматизация и кастомизация расчётов
Область применения

Основными сферами применения являются:

  • Металлургия и горное дело (руда, мельницы, конвейеры)

Рисунок 1 - Моделирование износа конвейера

  • Нефтегазовая промышленность

Рисунок 2 - Моделирование процесса засыпки трубопровода гравием

Рисунок 3 -Моделирование фильтров (без частиц и с частицами)

 

  • Транспортная промышленность (карьерная техника, гусеничная техника, кораблестроение и т.д.)

Рисунок 4 - Движение по пересеченной местности

Рисунок 5 - Моделирование движения ледокола

 

  • Сельскохозяйственная и пищевая промышленность

Рисунок 6 - Моделирование покоса травы

Методы решения

Метод дискретных элементов (DEM) - это численный метод, который эффективно применяется для прогнозирования поведения сыпучих материалов. Объемное твердое тело может быть представлено в виде твердых частиц (гранулированная среда).

В качестве примера могут быть рассмотрены процессы перемещения зерна через перерабатывающее оборудование, добычи руды и движение песка в песочных часах. Моделирование системы частиц осложнено их поведением, так как частицы могут вести себя как твердые тела, как жидкость или их комбинация. Например, песок в песочных часах ведет себя как жидкость, в то время как куча песка может иметь отклик подобный поведению твердого тела.

DEM - это бессеточный метод, поэтому уравнение движения сплошной среды не решается. Следовательно, нет закона, описывающего напряженно-деформированное состояние. Вместо этого соотношение напряжений и деформаций может быть получено в качестве результата. Стандартный алгоритм данного метода представлен на рисунке 7.

 

Рисунок 7 - Алгоритм метода дискретных элементов

 

Уравнение движения для каждой отдельной частицы численно интегрируются по времени. Для этого процесса суммарная сила на частице должна быть известна. Суммарная сила является результирующей силой от сил в контакте (между частицами и с границей) и объемных сил. Примерами объемных сил являются сила тяжести (вес), воздействие газа или жидкости, а также другие силы, такие как как электростатические, электромагнитные и т. д.

Силы в контакте состоят из двух составляющих:

  • в нормальном направлении (формулировка Walton & Braun [линейная пружина с гистерезисом]; линейная упруго-диссипативная модель; упруго-диссипативная модель Герца);
  • в касательном направлении (модели Кулона; модель Mindlin-Deresiewicz, учитывающая динамическую составляющую, скольжение, демпфирование и эффективную массу частиц).

Также в Rocky DEM встроены модели для описания адгезии, качения, износа, теплообмена и имеется возможность моделирования систем крупных частиц.

Преимущества

Прежде всего метод дискретных элементов может эффективно заменять классическую явную динамику при необходимости моделировать достаточно продолжительные процессы. На рисунке 8 представлен пример постановки задачи краш-теста картофельного чипса в Explicit Dynamics и Rocky DEM. Кроме того, преимущества Rocky заключаются в высокой эффективности определения контакта и достаточно точном моделировании хрупкого разрушения с сохранением массы (см. Таблица 1).

Рисунок 8 - Сравнение решения задачи в Explicit Dynamics (Autodyn) и Rocky DEM

Таблица 1 - Сравнение Explicit Dynamics (Autodyn) и Rocky DEM

Сравнения по доступности и возможностям с другими продуктами представлены в таблице 2. По причине того, что моделирование систем частиц зачастую связано с моделированием газов и жидкостей, то в таблице также приведены решения для подобных задач. Продукты с открытым исходным кодом, конечно, бесплатные, но реализация в них сложных задач крайне затруднительная (во всяком случае на момент написания статьи). В плане интеграции с ANSYS у Rocky действительно все отлично, причем не только с Fluent, а практически со всеми модулями, которые реализованы в Workbench. По возможностям Rocky существенно обгоняет ближайших конкурентов из ALTAIR не только по реализации различных алгоритмов, а в первую очередь, конечно, по возможностям распараллеливания задач на GPU. Действительно, задачи с системами частиц решаются существенно быстрее на видеокартах.

Таблица 2 - Сравнение Rocky с другими продуктами

Заключение

Метод дискретных элементов может эффективно применятся для моделирования систем частиц, а также для моделирования нестационарных процессов для которых использование метода конечных элементов затратно. Благодаря тому, что Rocky имеет возможность описывать частицы любой формы, моделировать раскол, дробление и износ, а также тесную интеграцию с продуктами ANSYS, это делает его мощным инструментом для решения сложных междисциплинарных задач.

Добавить комментарий

Войдите или зарегистрируйтесь, чтобы отправлять комментарии