LSDYNA-dem离散颗粒平板堆积研究

1，项目描述  

本项目为DEM颗粒从一定高度下落到平板上，观察平板堆积情况。DEM算法在实际工程中应用较广，如泥石流、谷物、药柱分析等。因此，研究dem使用方法至关重要。本文结合DEM颗粒下落打击平板，详细讲解DEM算法的使用技巧。  

2，几何模型  

首先利用workbench的dm模块建立颗粒及平板的几何模型，其中颗粒先建立实体模型，然后取实体的外测壳体，只保留壳体模型，然后在lspp中通过实体的6个外壳面生成DEM颗粒，平板为壳体模型。模型如下图所示。  

DEM颗粒创建方法如下图;  

3，DEM单元、材料、part及控制dem相关关键字  

DEM相关单元及控制关键字如下：  

*CONTROL_DISCRETE_ELEMENT  

$# ndamp     tdamp      fric     fricr     normk    sheark       cap     mxnsc  

0.7       0.4       1.4       0.1      0.01    0.0027         0         0  

*PART  

$# title  

Disc_Sphere_3  

$# pid     secid       mid     eosid      hgid      grav    adpopt      tmid  

3         3         2         0         0         0         0         0  

*SECTION_SOLID  

$# secid    elform       aet     

3         1         0  

*MAT_ELASTIC  

$ ID        ro         E        pr        da        db         k   unused1  

$# mid        ro         e        pr        da        db  not used          

2    7850.02.00000E11       0.3       0.0       0.0         0  

4，壳体单元及材料  

壳体采用默认的shell单元，厚度1cm。材料采用rigid刚体。  

*SECTION_SHELL  

$ ID    elform      shrf       nip     propt        qr     icomp     setyp  

$# secid    elform      shrf       nip     propt   qr/irid     icomp     setyp  

1         2  0.833333         3       1.0         0         0         1  

$ t1        t2        t3        t4      nloc     marea              unused  

$# t1        t2        t3        t4      nloc     marea      idof    edgset  

0.01      0.01      0.01      0.01       0.0       0.0       0.0         0  

*MAT_RIGID  

$ ID        ro         E        pr         n    couple         m     alias  

$# mid        ro         e        pr         n    couple         m     alias  

1    7850.02.00000E11       0.3       0.0       0.0       0.00  

$ cmo      con1      con2                                           unused1  

$# cmo      con1      con2      

1.0         7         7  

$ lco        A2        A3        V1        V2        V3             unused2  

$#lco or a1 a2        a3        v1        v2        v3    

0.0       0.0       0.0       0.0       0.0       0.0  

5，网格  

平板网格及dem粒子如下图所示：  

6，定义dem与壳体接触  

*DEFINE_DE_TO_SURFACE_COUPLING  

$# slave    master     stype     mtype       

1         1         0         1  

$# frics     fricd      damp     bsort      lcvx      lcvy      lcvz     wearc  

0.38      0.38       0.0       100         0         0         0       0.0  

$# w1        w2        w3        w4        w5        w6        w7        w8  

$# sfp       sft    unused    unused    unused   cid_rcf        bt        dt  

1.0       1.0   

7，边界及载荷  

施加z方向重力；  

*LOAD_BODY_Z  

$ lcid        sf    lciddr        xc        yc        zc       cid   unused1  

$# lcid        sf    lciddr        xc        yc        zc       cid     

4       1.0         0       0.0       0.0       0.0        23  

8，求解设置  

计算时间5s。时间步因子采用默认的0.9即可。  

*CONTROL_TERMINATION  

$ endtim    endcyc     dtmin    endeng    endmas                        unused  

$# endtim    endcyc     dtmin    endeng    endmas     nosol       

5.0  10000000     0.001       0.0  100000.0         0  

*CONTROL_TIMESTEP  

$ dtinit    tssfac      isdo    tslimt     dt2ms      lctm     erode     ms1st  

$# dtinit    tssfac      isdo    tslimt     dt2ms      lctm     erode     ms1st  

0.0       0.9         0       0.0       0.0         0         1         0  

$ dt2msf   dt2mslc     imscl                                            unused  

$# dt2msf   dt2mslc     imscl    unused    unused     rmscl       

0.0         0         0                           0.0  

9，求解  

6核cpu求解时间1.2小时。

10，结果分析  

不同时刻，DEM颗粒堆积状态分别如下图所示：  

稳定后，堆积如下所示：  

通过本文研究，找到DEM建模方法，以及与lagrange物体作用的方法。对于DEM控制等关键参数进行了研究，对于含水量等将作为后续研究内容。