颗粒流模拟软件Rocky 4.5.2基于离散元原理的应用

1 引言

颗粒流模拟广泛应用于固体动力学，流体动力学，热动力学，电磁动力学等领域。总的来说，有两大类模拟途径，一类途径是基于光滑粒子流体动力学(Smoothed Particle Hydrodynamics，简称SPH), 这种途径最典型的模拟软件是Abaqus; 另一类途径是基于离散元(Discrete Element Method, 简称DEM)，这种途径在岩土工程领域最典型的软件是PFC(PFC模型建立机制)。除此之外，在机械应用领域使用离散元原理开发的软件有EDEM(Altair EDEM Professional 2021.2.0)和Rocky DEM(ESSS Rocky Version 4.5.2, 1.17G)。这个笔记简要描述了Rocky的应用范围。

2 Rocky应用领域

Rocky DEM是一个三维离散元DEM软件，用来模拟一组颗粒如何与其他颗粒以及各种边界进行互动，这些边界可能代表的是输送槽、磨坊、搅拌机、犁、织布机或其他类型的散体材料处理设备。与PFC的主要用途不同，Rocky主要应用在制造领域，尽管PFC也能做类似的模拟。Rocky的工程应用领域包括:

提高设备的寿命和容量

消除堵塞，皮带和班轮穿刺

减少电力下降、灰尘和噪音

降低溢出和产品退化

增强混合，减少死区和隔离

评估扩展策略

预测力、扭矩和功耗

通过与 FEA 耦合分析结构载荷

通过与 CFD 耦合模拟流体颗粒相互作用

Rocky能够与ANSYS进行联合分析，例如CAD设计工具Ansys SpaceClaim，CFD工具Ansys Fluent，FEA工具Ansys Mechanical。

3 Rocky工作原理

离散元是一种预测散装固体(bulk solid)行为的数值技术。散装固体是一个大的固体颗粒的集合，又称颗粒流介质。颗粒介质流动在矿业工程的典型例子是矿石通过移动的采矿机械设备运输。颗粒流的运动模拟比较复杂，因为这些流动可能是固体，也可能是液体，或两种行为的组合。例如，沙子在沙漏的行为像一个液体，而沙子本身存在固体的应力应变关系。如同PFC的工作机理一样，Rocky是一种无网格的方法，不求解连续体问题的运动方程。因此，不需要材料的应力应变关系，相反，通过DEM模拟后的结果可以输出应力应变关系。每个颗粒的运动方程都通过时间进行积分。已知的总力是接触力(颗粒与边界之间)和体力, 典型的体力是重力、液体，静电力、电磁力等。

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