离散颗粒平板堆积的DEM研究探索

1，项目描述

本项目为DEM颗粒从一定高度下落到平板上，观察平板堆积情况。DEM算法在实际工程中应用较广，如泥石流、谷物、药柱分析等。因此，研究dem使用方法至关重要。本文结合DEM颗粒下落打击平板，详细讲解DEM算法的使用技巧。

2，几何模型

首先利用workbench的dm模块建立颗粒及平板的几何模型，其中颗粒先建立实体模型，然后取实体的外测壳体，只保留壳体模型，然后在lspp中通过实体的6个外壳面生成DEM颗粒，平板为壳体模型。模型如下图所示。

DEM颗粒创建方法如下图;

3，DEM单元、材料、part及控制dem相关关键字

DEM相关单元及控制关键字如下：

*CON*TROL_DISCRETE_ELEMENT

$#   ndamp     tdamp      fric     fricr     normk    sheark       cap     mxnsc

      0.7       0.4       1.4       0.1      0.01    0.0027         0         0

*PART

$#                                                                         title

Disc_Sphere_3

$#     pid     secid       mid     eosid      hgid      grav    adpopt      tmid

        3         3         2         0         0         0         0         0

*SECTION_SOLID

$#   secid    elform       aet  

        3         1         0

*MAT_ELASTIC

$       ID        ro         E        pr        da        db         k   unused1

$#     mid        ro         e        pr        da        db  not used        

        2    7850.02.00000E11       0.3       0.0       0.0         0

4，壳体单元及材料

壳体采用默认的shell单元，厚度1cm。材料采用rigid刚体。

*SECTION_SHELL

$       ID    elform      shrf       nip     propt        qr     icomp     setyp

$#   secid    elform      shrf       nip     propt   qr/irid     icomp     setyp

        1         2  0.833333         3       1.0         0         0         1

$       t1        t2        t3        t4      nloc     marea              unused

$#      t1        t2        t3        t4      nloc     marea      idof    edgset

     0.01      0.01      0.01      0.01       0.0       0.0       0.0         0

*MAT_RIGID

$       ID        ro         E        pr         n    couple         m     alias

$#     mid        ro         e        pr         n    couple         m     alias

        1    7850.02.00000E11       0.3       0.0       0.0       0.00

$      cmo      con1      con2                                           unused1

$#     cmo      con1      con2    

      1.0         7         7

$      lco        A2        A3        V1        V2        V3             unused2

$#lco or a1        a2        a3        v1        v2        v3  

      0.0       0.0       0.0       0.0       0.0       0.0

5，网格

平板网格及dem粒子如下图所示：

6，定义dem与壳体接触

*DEFINE_DE_TO_SURFACE_COUPLING

$#   slave    master     stype     mtype    

        1         1         0         1

$#   frics     fricd      damp     bsort      lcvx      lcvy      lcvz     wearc

     0.38      0.38       0.0       100         0         0         0       0.0

$#      w1        w2        w3        w4        w5        w6        w7        w8

$#     sfp       sft    unused    unused    unused   cid_rcf        bt        dt

      1.0       1.0

7，边界及载荷

施加z方向重力；

*LOAD_BODY_Z

$     lcid        sf    lciddr        xc        yc        zc       cid   unused1

$#    lcid        sf    lciddr        xc        yc        zc       cid  

        4       1.0         0       0.0       0.0       0.0        23

8，求解设置

计算时间5s。时间步因子采用默认的0.9即可。

*CON*T*ROL_TERMINATION

$   endtim    endcyc     dtmin    endeng    endmas                        unused

$#  endtim    endcyc     dtmin    endeng    endmas     nosol    

      5.0  10000000     0.001       0.0  100000.0         0

*CON*T*ROL_TIMESTEP

$   dtinit    tssfac      isdo    tslimt     dt2ms      lctm     erode     ms1st

$#  dtinit    tssfac      isdo    tslimt     dt2ms      lctm     erode     ms1st

      0.0       0.9         0       0.0       0.0         0         1         0

$   dt2msf   dt2mslc     imscl                                            unused

$#  dt2msf   dt2mslc     imscl    unused    unused     rmscl    

      0.0         0         0                           0.0

9，求解

6核cpu求解时间1.2小时。

10，结果分析

不同时刻，DEM颗粒堆积状态分别如下图所示：

稳定后，堆积如下所示：

通过本文研究，找到DEM建模方法，以及与lagrange物体作用的方法。对于DEM控制等关键参数进行了研究，对于含水量等将作为后续研究内容。

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