Rocky案例｜DEM-Mechanical耦合计算

本文摘要（由AI生成）：

这段文本的主要内容是介绍利用 Rocky 与 Mechanical 耦合计算颗粒作用下容器结构应力的案例步骤。首先，在 Workbench 中进行设置，导入几何和模块设置。然后在 Rocky 中进行物理设置、网格划分、创建颗粒入口、创建颗粒、创建颗粒注入等操作，并进行外部耦合和颗粒计算，最后定义输出。接着，进入 Mechanical 中，定义结构参数、创建命名、生成网格、导入载荷和指定约束。文档还介绍了如何进行静态结构分析、创建固定支撑、定义后处理数据、添加合力以验证耦合等操作，并展示了如何进行求解计算和查看计算结果。

本案例演示利用Rocky与Mechanical耦合计算颗粒作用下的容器结构应力。

案例主要包括两部分内容：

1. 通过Workbench设置并运行一个Rocky DEM模拟，向容器内注入颗粒
2. 将DEM计算结果与Mechanical进行耦合，以容器的结构应力分布

1 Workbench设置

先在Workbench中搭建Rocky与Mechanical的耦合流程。需要注意，安装Rocky时需要确认已经安装了与Workbench耦合的模块。

1.1 导入几何

1. 打开Workbench 2024 R1，利用菜单File → Save As... 保存Workbench项目。

2. 从Toolbox面板的Component Systems列表项中，拖放Geometry到Project Schematic。

1. 右键点击单元格Geometry，选择弹出菜单项Import Geometry → Browse...。

1. 从出现的对话框中，选择输入文件Geometry.scdoc，然后点击Open。

本案例的几何模型如图所示。

 

1.2 模块设置

1. 从Toolbox面板的Analysis Systems列表项中，拖拽Particle Dynamics(Rocky) 到 Geometry 模块的Geometry组件上。

      

完毕后如下图所示。

1. 从Toolbox面板的Analysis Systems列表项中，拖放Static Structural组件到Rocky模块的Results组件上。

这将在Rocky模块的Results组件和Static Structural模块的Model组件之间创建一个额外的连接，对于本案例来讲这个是多余的。

1. 点击连接Results和Model的紫色线，按键盘Delete 键将其删除。

最终的模块连接如图所示。

1. 保存Workbench项目。
2. 右键点击Rokcy模块的Setup组件，然后点击Edit进入Rocky设置

2 Rocky设置

2.1 物理设置

• 选中模型树节点Physics，进入Momentum选项卡，指定Rolling Resistance Model 为 Type C: Linear Spring Rolling Limit。

2.2 Modules设置

• 选择从Modules节点下的子节点Boundary Collision Statistics，在Data Editors面板中确认Forces for FEM Analysis已启用

2.3 网格

1. 在Data面板中，从Geometries下选择已导入的surface。
2. 打开一个3D View窗口并查看网格。(在Data Editors面板中，选择Coloring选项卡，然后启用Edges复选框。)

 

注：由于这个几何体部分将进行与Ansys Mechanical的耦合模拟，所以重要的是要细化网格，以便将压力场传输到Mechanical具有所需的结构分析的适当分辨率。每个三角形节点将提供一个压力向量，然后将作为负载应用在Mechanical内部。

”

1. 在Wall选项卡中，在Transform子选项卡中，将Triangle Size更改为0.1 [m]

此时图形显示如下图所示。

2.4 创建颗粒入口

1. 右键选择模型树节点Geometries，点击弹出菜单项 Create Rectangular Surface 创建新节点 Rectangular Surface<01>

1. 选中新节点，如下图所示指定参数

2.5 创建颗粒

1. 右键选择模型树节点Particles，点击弹出菜单项 Create Particle 创建新节点Particle<01>

1. 选中新创建的节点Particle<01>，如下图所示设置颗粒粒径为 0.2 m

1. 进入Movement选项卡，指定Rolling Resistance为 0.3

2.6 创建颗粒注入

1. 右键选择模型树节点Inlets and Outlets，点击弹出菜单项 Create Particle Inlet ，创建新节点Particle Inlet<01>

1. 如图所示设置颗粒流量    
   

1. 设置颗粒注入时间    
   

2.5 外部耦合

1. 在Data面板中，从External Coupling下，选择Wall Loads。

2. 在Data Editors面板中，从Select Walls下选择surface复选框

2.6 颗粒计算

• 选中模型树节点Solver，指定Simulation Duration为 5 s，点击按钮 Start 开始计算

计算完毕后颗粒状态如下图所示。

2.7 定义输出

若想要在Workbench中进行参数优化，可以在Rocky中定义变量。以下过程仅为演示，并非本案例必需。使用箱体的Y方向上的Force来帮助确定参数化过程中的修改是否改进了设计。

1. 从Data面板下的Geometries中，选择surface节点，然后从Data Editors面板中进入Curves选项卡。

2. 从Tools菜单中打开Expressions/Variables面板，进入Output选项卡。

3. 从Data Editors面板中，选择Force : Y曲线，然后将其拖放到Output选项卡上。

1. 选中新添加的输出，然后点击Edit按钮。

1. 从Edit Properties对话框中，指定Domain Range的值为 Last Output ，然后点击OK。

 

注：这里输出最终时刻的Y方向的值，若为瞬态耦合，还可以输出每个时间步的值。

”

此时图中显示输出的Y方向合力，如下图所示。

2.9  退出Rocky

• 关闭Rocky，返回到Workbench项目。

 

注意：由于其与Workbench的连接，Rocky在处理完成后无需进行任何进一步的操作。无需导出任何文件。所有必要的数据传输将在Workbench中进行。

”

3 Mechanical设置

3.1 进入Mechanical

1. 右键点击B4单元格，点击弹出菜单项 Update 更新数据

此操作将DEM结果转移到Workbench，从而使数据可用于Mechanical。然后，要使用DEM结果初始化静态结构分析：

1. 右键点击C3 单元格，点击Edit… 按钮进入Mechanical

3.2 定义结构参数

1. 从Outline面板中，选中Model下的Geometry节点。

2. 在Details of "Geometry" 面板中，指定选项Update Options → Assign Default Material为 Yes。

1. 从Outline面板中，选择Model | Geometry下的surface\surface。
2. 在Details of "surface\surface" 面板中，选择Definition下的Thickness为0.01 m，然后点击Thickness标签旁边的框以创建参数。
3. 在Properties下，点击Mass标签旁边的框以创建另一个参数。

 

注意：这里创建参数是为了后续能够进行基于这些参数进行优化设计。若不进行优化，可以不创建参数化。

”

3.3 创建命名

1. 多选支撑底部的三个面（如图中红色所示），在视图中点击右键，选择菜单Create Named Selection，将Selection Name定义为support。

1. 在视图中使用Body选择，选择三个支撑体（如图中红色所示）。在视图中右键点击，然后选择Create Named Selection。将Selection Name定义为body-support。

3.4 生成网格

1. 右键点击模型树节点Mesh，选择弹出菜单项Insert → Sizing。

2. 选择新添加的节点Sizing，如下图所示指定body-support的网格尺寸为2.5e-2 m

1. 右键点击Mesh，然后点击菜单Generate Mesh生成网格

生成的网格如下图所示。

3.5 导入载荷

1. 右键选择模型树节点Imported Load，点击弹出菜单项 Insert → Pressure

1. 选中新添加的Imported Pressure节点。如下图所示，几何选择为箱体的所有面（7个面）

1. 在Definition部分中，定义Apply To 为Corner Nodes，定义Define By为Components
2. 从Data View窗口中，如图定义：X Component (Pa)，Y Component (Pa)，和Z Component (Pa)。

1. 从Outline面板中，右键点击节点Imported Pressure，选择菜单项Import Load导入载荷

1. 从Outline面板中，选择中节点Imported Pressure以显示导入负载的矢量图。

3.6  指定约束

1. 从Outline面板中，右键点击节点Static Structural，选择菜单项Insert → Fixed Support。

2. 选择新添加的Fixed Support节点。在Details of "Fixed Support" 部分中，定义Scoping Method 和 Named Selection。

3.7  定义后处理数据

1. 右键点击节点Solution，选择Insert → Deformation → Total

1. 再次右键点击Solution，选择**Insert → Stress → Equivalent (von-Mises)**。

1. 选择新添加的Total Deformation节点。在Details of "Total Deformation" 面板中，选择 Results下的 Maximum标签旁边的框以创建参数。

1. 为Equivalent Stress节点重复相同的操作

可以添加一个合力，以验证Rocky和Mechanical之间的耦合。

1. 从Outline面板中，右键点击节点Solution，选择Insert → Probe → Force Reaction。

2. 在Details of "Force Reaction" 面板中，如下图所示定义Location Method和Boundary Condition。

3.8 求解计算

• 从Outline面板中，右键点击节点Solution，然后点击Solve开始开始计算。

3.9 计算结果

1. 查看Total Deformation

1. 查看Equivalent Stress

1. 在Solution下，选择Force Reaction然后查看Y Axis的结果。

 

注意：由于使用的插值方法的不同，可能会观察到一些差异。

”

• 关闭Mechanical，返回到Workbench中

(完毕）

来源：CFD之道