离散元方法(DEM)在生活中的应用

2014-10-8 14:34| 发布者: chenl| 查看: 2620| 评论: 0|来自: Nano & Particle Technology Lab

摘要: 离散元方法的处理器是集中的,这就限制了仿真的时间长度和粒子的数量。随着软件的发展也开始利用并行处理能力(共享或分布式系统),来扩大粒子的数量或仿真时间的长度。另一种处理所有粒子方法分别是把颗粒当做平均物理量或者把材料当做一个连续体来处理。在固态颗粒行为(比如土壤力学)的这种案例中,连续介质方法通常是将材料视为弹性或弹塑性,模拟颗粒使用有限元方法或者无网格方法。在液态或者气态颗粒流的案例中,连续介质方法可以把材料视作流体,使用计算流体力学方法模拟。DEM的应用相当广泛,比如矿石卸料过程、两相流(固液)、洗衣机、动画电影、狭窄通道的人行流、在紧急状态的人流疏散等等。

离散元方法(DEM)是一类数值计算方法,用来计算大量粒子,比如分子或沙粒的运动。在已知的这些数值方法中,DEM是用来模拟粒子行为最好的方法。这种方法有时也被叫做分子动力学(MD),但粒子即便不是分子EDM也能进行模拟。而且与分子分子动力学方法相比,DEM方法还能用来模拟非球形粒子。

离散元方法的处理器是集中的,这就限制了仿真的时间长度和粒子的数量。随着软件的发展也开始利用并行处理能力(共享或分布式系统),来扩大粒子的数量或仿真时间的长度。另一种处理所有粒子方法分别是把颗粒当做平均物理量或者把材料当做一个连续体来处理。在固态颗粒行为(比如土壤力学)的这种案例中,连续介质方法通常是将材料视为弹性或弹塑性,模拟颗粒使用有限元方法或者无网格方法。在液态或者气态颗粒流的案例中,连续介质方法可以把材料视作流体,使用计算流体力学方法模拟。DEM的应用相当广泛,比如矿石卸料过程、两相流(固液)、洗衣机、动画电影、狭窄通道的人行流、在紧急状态的人流疏散等等。下面是DEM的几个例子:

椭圆粒子的料斗流量和它的速度矢量

椭圆粒子的料斗流量和它的速度矢量

旋转水平鼓的球形颗粒流,可应用于球磨机和滚筒洗衣机。

旋转水平鼓的球形颗粒流,可应用于球磨机和滚筒洗衣机。

旋转鼓中的刚性纤维流

旋转鼓中的刚性纤维流

旋转水平鼓的弹性纤维流,可应用于滚筒洗衣机。

旋转水平鼓的弹性纤维流,可应用于滚筒洗衣机。

椭圆粒子的粒子库爱特流和它的速度矢量

椭圆粒子的粒子库爱特流和它的速度矢量

矩形颗粒的粒子剪切流和它的速度矢量

矩形颗粒的粒子剪切流和它的速度矢量

《怪兽公司》这部电影的主角James,它的皮毛被描述为连接的粒子

《怪兽公司》这部电影的主角James,它的皮毛被描述为连接的粒子。在动画电影行业,DEM是一种用来模拟皮毛和衣服(如屈曲和拖动行为)的强大技术

图中模拟行人流,把每个人简化成为在一个狭窄通道的圆形和椭圆粒子。

图中模拟行人流,把每个人简化成为在一个狭窄通道的圆形和椭圆粒子。每个人被模拟成一个圆形或者椭圆的粒子。这种技术在安全工程领域仍在使用。在这些数据中,红色和蓝色的颗粒分别代表人在向上和向下走动。

在紧急情况下疏散人员流动状态,每个人被模拟成一个圆形或椭圆的粒子。


在紧急情况下疏散人员流动状态,每个人被模拟成一个圆形或椭圆的粒子。


译自:http://nptlab.tistory.com/entry/What-is-Discrete-Element-Method-DEM

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