DEMMS×RecurDyn：多体动力学耦合能力正式打通
DEMMS 与 RecurDyn 多体动力学-离散元耦合框架
01
为什么要做多体动力学-离散元耦合？
为什么要做多体动力学-离散元耦合？
传统离散元仿真擅长描述颗粒、粉体、散料之间的碰撞、摩擦与堆积，但面对多关节机构、复杂约束、驱动系统和柔性结构时，单一求解器往往难以完整表达设备的真实动力学行为。
RecurDyn 擅长处理刚体机构、关节约束、驱动控制以及柔性体变形；DEMMS 则专注于颗粒系统和颗粒—壁面接触。通过耦合，两类求解器各自发挥优势：机构的运动和变形实时影响颗粒，颗粒产生的接触载荷再反馈至机构，实现从“预设运动边界”向“系统级相互作用”的升级。
一句话理解
RecurDyn 负责“设备怎么动、结构怎么变形”，DEMMS 负责“颗粒怎么流动、颗粒对设备施加多大载荷”。
02
耦合方法
耦合方法
本次耦合以统一时间推进为主线，通过接口层完成模型对象映射、状态同步和载荷回传。典型计算流程如下。
步骤 | 耦合环节 | 主要内容 |
1 | RecurDyn 建立多体动力学模型 | 定义刚体或柔性体、关节、约束、驱动、弹簧阻尼及接触区域。 |
2 | 耦合对象映射 | 将参与颗粒接触的刚体几何或柔性表面映射为 DEMMS 中的运动壁面。 |
3 | 运动状态传递 | 刚体传递位置、姿态、线速度和角速度；柔性体传递接触表面节点的位置和速度。 |
4 | DEMMS 颗粒子步计算 | 在一个多体动力学步内执行若干离散元子步，完成颗粒接触搜索和力学计算。 |
5 | 载荷回传 | 刚体返回合力与合力矩；柔性体按节点或面片返回分布载荷。 |
6 | RecurDyn 更新系统响应 | 机构在颗粒载荷作用下继续运动或变形，并进入下一耦合步。 |
案例一：刚体耦合Wheel
此案例采用Wheel刚体模型，轮体的转动与空间运动由 RecurDyn 计算，DEMMS 根据实时位姿更新轮体颗粒接触边界，并计算轮体与颗粒介质之间的接触载荷。随后，合力与合力矩返回 RecurDyn，用于更新轮体动力学响应。
该案例重点验证了以下能力：
刚体六自由度姿位与速度信息同步；
复杂运动壁面在DEMMS中的实时更新；
颗粒作用合力、合力矩的统计与回传；
RecurDyn与DEMMS时间步推进和通信链路的稳定运行。
Wheel 案例构成刚体耦合的基础能力，可进一步扩展至车轮-土壤、履带-颗粒、滚筒-物料、叶轮-散料及移动机构在颗粒环境中的动力学分析。
案例二：刚柔耦合 CleatedBeltConveyor
在刚体耦合基础上，我们进一步完成了 CleatedBeltConveyor 刚柔耦合案例。模型包含驱动滚筒、从动滚筒、张紧机构、机架以及带挡板的柔性输送带。RecurDyn 负责求解滚筒和张紧机构的刚体运动，以及柔性皮带在驱动、张紧和颗粒载荷共同作用下的变形响应；DEMMS 负责散料颗粒的输送、堆积、滑移和颗粒—皮带接触。
与刚体案例相比，该案例增加了柔性表面的动态更新和分布载荷映射，主要包括：
将柔性皮带的颗粒接触区域定义为可更新表面；
传递柔性表面节点位置和节点速度，重构 DEMMS 中的瞬时接触边界；
将颗粒接触力按面片或节点映射回柔性皮带；
同步考虑滚筒驱动、张紧机构、皮带变形与物料载荷之间的相互影响。
从Wheel 刚体耦合到 CleatedBeltConveyor 刚柔耦合，意味着耦合能力已从单一刚体运动扩展到“刚体机构 + 柔性结构 + 颗粒介质”的系统级联合仿真。
03
这项能力可以解决什么问题？
这项能力可以解决什么问题？
DEMMS-RecurDyn 耦合应用方向：
散料输送装备：可分析皮带、刮板、螺旋、滚筒等设备的输送能力、回料、撒料、堵料及结构受载等问题。
工程车辆与农业机械：可分析车轮、履带、耕作部件与土壤、砂石或颗粒介质之间的牵引和阻力等问题。
矿山与流程装备：可分析破碎、筛分、转载、给料过程中机构运动、颗粒流动和冲击载荷等问题。
搅拌与混合设备：可分析叶片、桨叶、柔性部件与颗粒材料之间的混合效率和动态载荷等问题。
轻工与烟草装备：可分析烟丝、纤维状物料及颗粒物料在复杂输送、摊铺、振动和混合机构中的运动等问题。
04
从单一颗粒计算，走向设备-物料协同设计
从单一颗粒计算，走向设备-物料协同设计
多体动力学耦合能力的完成，使 DEMMS 不再局限于给定运动条件下的颗粒行为预测，而能够进一步进入复杂装备系统的联合分析：既可以评估物料输送与处理效果，也可以获得机构受力、驱动负载、柔性结构变形和关键部件载荷等结果。
未来，我们将继续完善多刚体、多柔性体、复杂接触表面、热—力耦合以及高性能并行通信能力，推动离散元仿真从局部工艺分析向整机系统级数字化验证拓展。
