颗粒系统仿真分析软件DEMSLab 算例教程

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领先的非球形和球形颗粒离散元分析软件

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DEMSLab软件介绍

     DEMSLab软件是DEMSLab公司基于离散单元法(DEM)开发的针对颗粒系统进行模拟的大型商用软件。DEMSLab以领先的非球形离散单元技术为核心,致力于工业级的大规模颗粒体系的模拟。通过精确模拟设备内的复杂颗粒运动、传热、及颗粒-流体、颗粒-设备间的复杂作用,DEMSLab可帮助企业降低设备的能耗及损耗,提高设备的运行效率。

       DEMSLab软件包含前处理器、求解器及后处理器三大部分。前处理器可进行设备的复杂几何造型,颗粒生成器可根据该几何结构自动生成所需要的颗粒。求解器通过OpenMP技术进行了并行设计,可对10,000,000颗粒规模的球形及非球形颗粒体系进行动态模拟,支持复杂结构及运动(振动、旋转、移动等)边界条件、周期性(包含Lees-Edwards)边界条件等,具备用户自定义接口,支持用户自定义开发,可与常用商用及开源CFD软件(如Fluent等)进行双向耦合,以求解两相流动问题。后处理器采用Open GL编程技术设计,可实时显示颗粒体系的运动过程,同时可对任意时刻的微观受力情况进行分析。

       目前,DEMSLab软件的版本号是V2.1。

 

DEMSLab软件主要应用领域

(1)矿山和冶金

矿石开采及冶金工程中的输送设备、破碎机、球磨机、自磨机、高炉布料装置等是决定着矿场及冶炼厂生产效率的核心装备。DEMSLab软件可以模拟这类装备的实际运行过程及其中的物料运动和破碎行为,以帮助产品开发工程师对这类装备进行优化设计及帮助工厂设备操作人员改进工艺流程及操作参数,提高设备的生产效率。

(2)农业和食品

农业和食品工业中的播种机、脱粒机、干燥机、混合器等设备是决定着农业和食品加工业生产效率的核心装备。DEMSLab软件可以模拟这类装备的实际运行过程及其中的种子及食品的运动行为,以帮助产品开发工程师对这类装备进行优化设计及帮助食品工厂设备操作人员改进工艺流程及操作参数,提高设备的运行效率。

(3)过程工程及制药

过程工程包括化工、能源领域中的大部分工艺流程,而能源与化工过程中普遍存在着大量的颗粒状物质,包括原料与产品。过程工程及制药工程中的气力输送装置、流化床、混合器、干燥机、包衣机等设备是决定着能源、化工、制药等过程工业生产效率的核心装备。DEMSLab软件可以模拟这类装备的实际运行过程及其中的颗粒状物料的运动行为,以帮助产品开发工程师对这类装备进行优化设计及帮助能源、化工、制药企业设备操作人员改进工艺流程及操作参数,提高设备的运行效率。

(4)建筑设备与工程车辆

水泥搅拌车、水泥泵车、推土机、挖掘机、自动倾卸卡车、掘进机等设备是建筑及工程运输中的核心装备。DEMSLab软件可以模拟这类装备的实际运行过程及其中的物料运动行为,以帮助产品开发工程师对这类装备进行优化设计及帮助设备操作人员改进工艺流程及操作参数,提高设备的生产效率及工程车辆的运行效率。

(5)地质与环境

泥石流、山体滑坡、风沙运动及沙漠化、隧道坍塌等是典型的地质灾害与环境灾害,严重地威胁着人类的生活及生产安全。DEMSLab软件可以模拟这类地质与环境过程,以增强人们对这类过程的认识,帮助人们控制及预防这类灾害的发生。

(6)学术研究与教育
颗粒物质是地球上仅次于液体和气体的第三类大量存在的物质,比如沙漠里的沙子、地球表面的土壤以及岩石等。在工业中,据统计有超过70%的原料和最终产品都是颗粒状物质。人们需要了解和掌握颗粒状物质的运动行为。DEMSLab软件可以模拟颗粒状物质的运动行为,可以帮助科学家和学生更好的理解颗粒的运动行为,增强对它们的认识。

DEMSLab软件技术特点

(1)世界上领先的非球形颗粒模型

DEMSLab软件拥有世界上领先的非球形颗粒模型构建功能,同时采用了三大类颗粒形状模型,可以精确地描述任意真实颗粒形状。第一类是球类颗粒形状模型(Sphere-based model),包括球形模型(Sphere model)、组合球模型(Multi-sphere model)、粘结球模型(Bonded-sphere model)、以及微滴模型(Droplet model);第二类是超椭球类颗粒形状模型(Super-ellipsoid-based model),包括超椭球模型(Super-ellipsoid model)和组合超椭球模型(Multi-super-ellipsoid model);第三类是多面体类模型(Polyhedron-based model),包括凸多面体模型(Convex polyhedron model)和凹多面体模型(Concave polyhedron model)。用户可以根据需要选用上述颗粒形状模型,对所需解决的问题进行快速、准确的数值仿真。需要说明的是上述三类颗粒模型可以在同一个项目中同时使用,因此用户可以根据需要选择不同的颗粒形状模型,并应用在同一个工程问题中。

(2)具备三大通用模块

DEMSLab软件拥有以下三大模块:①前处理器、②求解器、③后处理器。

(3)支持通用CAD软件建模

DEMSLab软件支持通用CAD软件(例如UG NX、Pro/E、SolidWorks CATIA等,其中推荐使用UG NX因为其可以在STL文件中区分设备中不同的部件)建模或者ANSYS Fluent的网格文件(可以由ANSYS Fluent的前处理器生成,比如ANSYS ICEM CFD或Gambit软件)。DEMSLab软件中设备几何文件(mesh文件)可以通过通用CAD软件输出的stl文件或ANSYS Fluent的网格文件(msh文件)进行转换并导入。

(4)并行化求解

DEMSLab软件采用OpenMP技术进行程序设计,可在拥有多核处理器的共享内存服务器或个人电脑上高效运行。DEMSLab软件可在一台具备32 GB内存的计算机上对10,000,000颗粒规模的球形及非球形颗粒体系进行动态模拟,其计算速度取决于计算机上处理器的总核数及时钟频率。

(5)支持复杂边界运动

DEMSLab软件支持复杂结构及运动(振动、旋转、移动等)边界条件、周期性(包含Lees-Edwards)边界条件等,也可以用户自定义边界的复杂运动。

(6)支持用户自定义开发

DEMSLab软件提供总数超过200个的API函数用于用户开发自定义函数(User C Functions)。通过User C Functions,用户可以自定义更为复杂的边界运动、接触力模型、颗粒参数、破碎模型、曳力模型等。

(7)支持与其它CAE软件耦合求解

通过User C Functions,DEMSLab软件可以与通用CFD软件(比如ANSYS Fluent)、FEM软件(比如ANSYS Structure)及MBD软件(比如Adams)进行耦合求解。

(8)先进的后处理器

后处理器采用Open GL编程技术设计,可快速高效地实时显示颗粒体系的运动过程,同时可对任意时刻的微观受力情况进行分析。

(9)完善的帮助文档及大量的案例教程

DEMSLab软件提供数千页的帮助文档及数十个实际的案例教程,用户可通过帮助文档和教程快速掌握DEMSLab软件的使用。

 

DEMSLab软件文件系统

       DEMSLab软件支持所建立工程文件的存取,其支持的文件类型说明如下:
(1)data文件
用于存储设备的几何结构、工程基本设置、每个颗粒的信息及除种子(seed)信息外的其它所有信息,是DEMSLab软件的最基本数据文件,为二进制文件格式。
(2)seed文件
用于存储种子(seed)信息的文件,用于颗粒的产生,为文本(ASCLL)文件格式。
(3)mesh文件
DEMSLab软件的设备几何文件(含网格划分),为文本(ASCLL)文件格式。
(4)txt文件
通用CAD软件(例如UG NX、Pro/E、SolidWorks CATIA等)建模输出的STL文件,即设备的几何文件,用于转换为DEMSLab软件的设备几何文件(mesh文件),为文本(ASCLL)文件格式。
输出分析数据的文件,为文本(ASCLL)文件格式。
(5)stl文件
通用CAD软件(例如UG NX、Pro/E、SolidWorks CATIA等)建模输出的STL文件,用于DEMSLab软件的Matrix文件或颗粒的几何形状(外壳)文件,为文本(ASCLL)文件格式。
(6)msh文件
ANSYS Fluent的网格文件,用于转换为DEMSLab软件的设备几何文件(mesh文件),为文本(ASCLL)文件格式。
(7)dll文件
Microsoft Windows的动态链接库文件,为二进制文件格式。
(8)bat文件
Microsoft Windows的批处理文件,为文本(ASCLL)文件格式。
(9)c文件
标准C语言源文件,为文本(ASCLL)文件格式。
(10)h文件
标准C语言头文件,为文本(ASCLL)文件格式。
(11)dat文件

材料数据库文件,为二进制文件格式。
材料间接触性质数据库文件,为二进制文件格式。
监测数据输出文件,为文本(ASCLL)文件格式。
能耗输出文件,为文本(ASCLL)文件格式。
(12)part文件
颗粒信息文件,为二进制文件格式。
(13)plt文件
颗粒信息文件,用于Tecplot软件读取,为文本(ASCLL)文件格式。
设备信息文件,用于Tecplot软件读取,为文本(ASCLL)文件格式。
(14)avi文件
Microsoft Windows动画文件,为二进制文件格式。
(15)fluent文件
ANSYS Fluent的scheme语言文件,为文本(ASCLL)文件格式。

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