在 DEM 中模拟粒子破损

了解使用离散元方法 （DEM） 的粒子破损方法如何增强工业应用仿真的真实感。

 

精确粒子破损模拟的重要性

准确的颗粒破损模拟在采矿、制药、建筑和食品加工等许多行业中都至关重要。准确模拟颗粒破损的能力可以深入了解材料在机械应力下的行为，从而提高效率、产品质量并节省成本。它的重要性有一些原因：

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  优化工业流程。它通过预测颗粒在特定条件下的破碎方式，帮助优化研磨、破碎和研磨等工艺。

• 降低成本和能源消耗。破损模拟允许行业微调设备设置，以更低的能耗和更低的运营成本实现预期的结果。

• 产品质量提升。在制药和食品加工等行业，控制粒度对于产品质量至关重要。

• 安全和设备寿命。模拟颗粒破损还可以突出潜在的设备磨损。

• 设计和创新。借助可靠的破损仿真，工程师可以探索新材料和方法，而无需进行昂贵、耗时的物理测试。

 

计算方法

 

离散元法 (DEM) 是一种用于模拟颗粒材料行为的数值技术。它将颗粒视为通过定义的接触定律相互作用的离散实体。DEM 的主要原理包括颗粒形状的表示、接触力的计算以及牛顿运动方程的积分。

Ansys Rocky 提供了不同的选项来预测不同颗粒材料（如纤维、壳和具有自定义形状的固体）的粉碎过程。有一份白皮书可供下载（请参阅末尾的链接），其中描述了模拟破碎的方法，例如，

• 冲击能量模型
• Ab-T10断裂模型
• Tavares 断裂模型
• 片段大小分布模型（Gaudin-Schumann 和不完全 beta 函数）

 

落锤试验

落锤试验是评估材料抗冲击性和断裂韧性的常用方法。该方法涉及将重物从设定的高度落到样品上，以模拟真实世界的冲击。该试验测量材料失效前的能量吸收，并提供数据来计算Ab和T10参数，这些参数描述了材料的断裂特性。下面简要介绍这两个参数：

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  Ab 参数。A和b 的乘积通常用作根据材料抗冲击断裂性对材料进行分类的指标。A b 值越低，表示材料越坚韧，越难断裂，而 A b 值越高，表示材料越脆。
   
• T10 参数。T10 值越高，表示破碎程度越大，这意味着冲击产生的细小材料越多。它用于确定材料对裂纹扩展的抵抗力，为汽车、航空航天和建筑等材料易受冲击的行业应用提供关键数据。
   

演示

在 Ansys Rocky 中进行落锤试验模拟，以演示 Ab-T10 破碎参数的设置。通过调整这些值，可以校准未来的 Rocky 模拟。在此演示中，一个 10 公斤的重物从 30 厘米的高度落下，撞击一个 5.8 厘米的定制多面体颗粒，然后该颗粒破碎成多个碎片。用户可以根据需要修改输入参数。 

 

 

后处理包括对各种数据集的分析。下图显示了每组的粒度分布和质量百分比（左）、整个模拟过程中落锤的位置（中）及其速度（右）。速度图表示撞击速度和撞击时刻，而落锤的最终位置则表明测试后剩余颗粒的存在。