快速了解离散元仿真软件Altair EDEM（与多体/有限元/流体软件实现耦合）

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本文摘要（由AI生成）：

文章主要介绍了EDEM是散体物料仿真领域离散元方法（DEM）技术的市场领导者，可应用于多个领域，包括混合与分离、收缩、断裂及凝聚、颗粒的损伤和磨损等。EDEM的核心思想是在拉格朗日坐标体系下，针对每个颗粒进行检索，计算由于接触产生的力，再运用牛顿第二定律进行计算颗粒的加速度/速度和位移的变化，进而得到整个系统的状态。EDEM采用先进的建模技术，可以快速准确地建立煤块、矿石、土壤、药片等各类固体散料的模型，可用于工业生产中的颗粒处理及其制造设备的生产过程的仿真与分析。EDEM可以联合主流的CAE工具软件进行颗粒系统与流体、机械结构及有限元的耦合模拟仿真。

2019年11月7日，Altair（纳斯达克股票代码：ALTR）宣布收购英国DEM Solutions公司，其旗下产品EDEM是散体物料仿真领域离散元方法(DEM)技术的市场领导者。

EDEM可应用于物料输送、物料破碎、物料搅拌、物料装卸、高炉布料、固体挤压切割、药粉混合等领域，包含如下几方向：（1）混合与分离；（2）收缩、断裂及凝聚；（3）颗粒的损伤和磨损；（4）固-液流的条件；（5）机器部件对颗粒碰撞的力学反应；（6）腐蚀；（7）颗粒包装和表面处理；（8）热和质量的传递；（9）化学反应动力学；（10）沉降和颗粒从固-液体系中的去除；（11）危险切料的处理；（12）干-湿固体压实；（13）粘性和理性力学；（14）胶体和玻璃体的行为。

目前对散体物料的研究主要使用离散元方法。离散元法（Discrete Element Method, 简称 DEM）就是离散单元法，是指每个单元都是离散的，有独立特性的，也就我们常见的颗粒状物料。离散元法的核心思想就是在拉格朗日坐标体系下，针对每个颗粒进行检索，计算由于接触产生的力，再运用牛顿第二定律进行计算颗粒的加速度/速度和位移的变化，进而得到整个系统的状态。

EDEM作为全球首个多用途离散单元法建模软件，采用先进的建模技术，可以快速准确地建立煤块、矿石、土壤、药片等各类固体散料的模型，可用于工业生产中的颗粒处理及其制造设备的生产过程的仿真与分析。

用户可以使用 EDEM 轻松快速地创建颗粒实体的参数化模型。为了反应出实际颗粒的形状，用户还可以将 CAD实体模型直接导入EDEM ，这大大增加了其仿真的准确性。

此外，也可以将力、材料和其他物理特征添加到 EDEM中，形成颗粒模型。这些特征可以保存到软件的数据库当中，以便用户建立个性化的模型处理环境。

EDEM 可以设定每个颗粒的属性（质量、速度等）及施加在颗粒上的力的信息。它能够将颗粒的各种形状考虑在内，而不是简单地假定所有颗粒都是球形。EDEM为工程的后处理提供了数据分析、颗粒流的三维可视化和视频制作等功能。EDE的Particle Factory （颗植工厂）技术为生成颗粒集合提供了独特、高效的方法：机械几何体可以从 CAD 或 CAE中以实体模型或网络模型的形式导入到 EDEM中。机械零件可以划分为组，还可以分别设定每个组的动力参数。在 EDEM中可以完成机械元件的组装，还可以设定每个部件的运动特性。

EDEM提供了丰富多样的接触模型，比如Hertz-Mindlin模型，用于常规颗粒的接触作用；Hertz-Mindhn with JKR 模型，用于药粉等粉体颗粒和农作物、矿石、泥土等含湿物料，颗粒间因静电力、含湿水分等原因发生明显粘结和团聚；Hertz-Mindhn with RVD Rolling Friction 模型，在基本的Hertz-Mindlin模型基础上调整滚动摩擦力的计算方式，适于强旋转体系对物料滚动特性有严格要求的问题。最新版本的EDEM采用接触模型链的方式，将原来的十几种接触模型，利用组合的方式推广到上百种；比如，可以将破碎模型和热传导模型进行联合，这在以前是需要大量的代码开发的。如果加上软件的API接口开发功能，这又会大大增加接触模型的数量，可以帮助我们适用于不同的仿真需求。

EDEM可以联合主流的CAE工具软件进行颗粒系统与流体、机械结构及有限元的耦合模拟仿真。

与 MBD（多体动力学）软件耦合

EDEM与 MBD（多体动力学）进行耦合，可以仿真设备的动态力学响应，不仅可获取固体散料对机械设备的真实载荷大小及其对设备性能产生的影响，同时可通过分析固体散料的力学响应，为机械设备作业质量评估提供依据。

Altair HyperWorks™ 2019.1实现了Altair MotionSolve和EDEM之间的实时双向耦合。

在EDEM中创建散料的模型，设定颗粒的形状和质量等属性，创建颗粒间的接触。在MotionSolve创建系统的多体动力学模型，与EDEM共享相关的几何。耦合仿真同时计算，每个时间步交换数据：MotionSolve计算设备部件的位置和速度，共享数据给EDEM，EDEM计算散料颗粒之间的接触力，以及与设备部件之间的相互作用，共享各部件上的合力和力矩给MotionSolve。两者耦合计算整个系统的运动状态。