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非球形颗粒流（DEM）模块完整设置手册

1. 模块概述​

模块名称：非球形颗粒流（DEM）模块

功能说明：此模块扩展了标准球形DEM功能，支持任意复杂形状的非球形颗粒模拟。非球形颗粒能更真实地反映实际工程中颗粒的形状效应，如椭球、圆柱、多面体、片状或复杂组合形状的颗粒行为。

核心优势：

  1. 形状真实性：直接使用标准STL模型或扫描数据定义颗粒形状
  2. 接触准确性：考虑形状对接触力学、摩擦和滚动的影响
  3. 方向依赖性：模拟颗粒各向异性的力学行为
  4. 复杂堆积：再现真实颗粒系统的堆积密度和孔隙结构

关键技术挑战：

  • 复杂形状接触检测算法
  • 方向相关的惯性张量计算
  • 高效的非球形颗粒邻居搜索
  • 形状文件的导入与处理

2. 插入自由颗粒​

2.1. 模块概述​

功能说明：定义自由运动的非球形颗粒插入源，颗粒在仿真中自由运动，受流体和其他颗粒作用。

2.2. 基本操作​

  • 插入自由颗粒 1：当前颗粒插入配置的名称和序号
  • 删除当前项：删除当前配置

2.3. 插入模式选择​

2.3.1. 单颗粒模式​

  • 描述：插入单个非球形颗粒
  • 设置参数：STL文件名、位置、方向、初始运动状态
  • 适用场景：测试、简单轨迹研究

2.3.2. 颗粒序列模式​

  • 描述：插入多个颗粒
  • 设置参数：STL文件名、位置分布
  • 适用场景：大量颗粒堆积

2.3.3. 文件导入模式​

  • 描述：从外部文件批量导入颗粒信息
  • 设置参数：文件名称
  • 适用场景：导入已有数据
  • 算例：导入的txt文件的写入方法可参考Tutorial：FSI-02-Ellipsoid-Collision-FileInput。

导入的txt文件的格式如下：

  • 第一行：TFluid_DEM_input（固定字段，软件识别用）；
  • 第二行：颗粒总数，如：2；
  • 第三行：颗粒信息列表举例： ellipsoid_0p4.stl 0 0 1.0 1200 0.05 0.05 0.12 0.0 0.0 -0.1 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 -0.1 0.0 0.0 0.0 该列表从左往右分别代表：导入的stl文件名，形状组别，属性组别，缩放比例，密度，颗粒整体位移，耦合时的初始速度，耦合时的初始角速度，初始化时的初始速度，初始化时的初始角速度。

2.4. 几何与属性设置​

2.4.1. 颗粒文件路径​

参数含义：非球形颗粒STL文件的文件名 支持格式：

  • STL（表面网格） 文件要求：
  • 封闭的流形表面
  • 合理的面片数量和质量
  • 适当的单位制
  • 面片法向量朝外

2.4.2. 形状组别​

参数含义：将颗粒按形状分类，便于管理和后处理 设置建议：

  • 相同形状的颗粒归为一组
  • 用数字编号，从0开始

2.4.3. 属性组别​

参数含义：将颗粒按材料属性分类 物理意义：同一属性组具有相同的力学参数（弹性模量、摩擦系数等） 设置建议：

  • 相同参数的颗粒归为一组
  • 用数字编号，从0开始

2.4.4. 缩放比例​

参数含义：对导入的几何模型进行统一缩放 设置示例：

  • 1.0：保持原始尺寸
  • 0.001：缩小到千分之一
  • 1000.0：放大一千倍

2.4.5. 密度​

参数含义：颗粒材料的质量密度 单位：kg/m³

2.5. 初始运动状态​

2.5.1. 耦合时的初始速度​

参数含义：仿真初始化完成后，与CFD耦合时的初始平移速度 单位：米/秒

2.5.2. 耦合化时的初始角速度​

参数含义：仿真初始化完成后，与CFD耦合时的初始旋转角速度 单位：弧度/秒

2.5.3. 初始化时的初始速度​

参数含义：初始化阶段（纯DEM计算）的初始平移速度 单位：米/秒

2.5.4. 初始化时的初始角速度​

参数含义：初始化阶段（纯DEM计算）的初始旋转角速度 单位：弧度/秒

3. 插入固定运动颗粒​

3.1. 模块概述​

功能说明：定义具有预定运动规律的非球形颗粒，颗粒运动不受流体和其他固定运动或边界颗粒影响，但会参与自由运动颗粒的碰撞 插入模式：插入的三种方式和自由运动颗粒一致 文件导入模式：导入的txt文件的格式如下：

  • 第一行：TFluid_DEM_input（固定字段，软件识别用）；
  • 第二行：颗粒总数，如：2；
  • 第三行：颗粒信息列表举例： ellipsoid_0p4.stl 1 2 2 5.0 0.05 0.08 0.05 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 该列表从左往右分别代表：导入的stl文件名，耦合模式（静态为0，动态为1），形状组别，属性组别，缩放比例，颗粒整体位移，耦合时的初始速度，耦合时的初始角速度，初始化时的初始速度，初始化时的初始角速度。

3.2. 耦合模式选择​

3.2.1. 静态耦合​

  • 描述：准静态颗粒，与CFD耦合时，颗粒速度都默认为0

3.2.2. 动态耦合​

  • 描述：动态颗粒，与CFD耦合时，考虑真实颗粒速度

3.3. 几何与属性设置​

与自由颗粒一样，包括：

  • 颗粒文件路径
  • 形状组别
  • 属性组别
  • 缩放比例
  • 密度

3.4. 初始运动状态​

包括四个速度/角速度设置，与自由颗粒相同

3.5. 自定义运动​

参数含义：定义颗粒的预定运动规律，与移动边界设置的自定义运动一致

4. 插入边界颗粒​

4.1. 模块概述​

功能说明：边界颗粒不参与CFD，只作为自由颗粒的碰撞边界 插入模式：插入的三种方式和自由运动颗粒一致 文件导入模式：导入的txt文件的格式如下，其信息列表仅缺少了耦合模式：

  • 第一行：TFluid_DEM_input（固定字段，软件识别用）；
  • 第二行：颗粒总数，如：2；
  • 第三行：颗粒信息列表举例： ellipsoid_0p4.stl 2 2 5.0 0.05 0.08 0.05 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 该列表从左往右分别代表：导入的stl文件名，形状组别，属性组别，缩放比例，颗粒整体位移，耦合时的初始速度，耦合时的初始角速度，初始化时的初始速度，初始化时的初始角速度。

4.2. 几何与属性设置​

与自由颗粒一样，包括：

  • 颗粒文件路径
  • 形状组别
  • 属性组别
  • 缩放比例
  • 密度

4.3. 初始运动状态​

与自由颗粒一样