＜EDEM 基础案例０5＞Screw Auger

介绍

本介绍性教程描述了如何设置和分析EDEM模拟。有15个简短的步骤将指导您整个教程。这里介绍的模型是螺旋输送器，这是一种通过旋转螺旋刀片水平或向上倾斜输送材料的机器。

案例重点：

• 定义一个有效地域来查看仿真中的所有重要特性；
• 颗粒速度和接触力分析；
• 设置数据导出查询（Export Data Queries）选项卡并使用copy query选项;
• 使用“步长因子（Step Factor）数据导出”将相关数据提取到电子表格中；
• 创建完成的模拟视频。

Step 1:Creator –定义项目和设置

在模拟开始时，您需要为此模拟设置EDEM。这需要你做以下工作:

• 设置下表中的单位。点击Tools > Options…选择Units选项卡。注意，在本仿真中，仅下表中的单位需要改变。
• 在项目部分输入标题和简要描述；
• 保存仿真到合适的位置。 

 Step 2: Creator –定义颗粒材料和相互作用

在Bulk Material部分选择Add Bulk Material添加材料并命名为Particle Material，设置参数如下表，分别是泊松比、密度、剪切模量；该材料表示谷物颗粒。

还需要设置颗粒之间互相作用（如碰撞）时的粒子行为；输入以下作用参数，分别是碰撞恢复系数、静摩擦系数、动摩擦系数。点击+号添加Add  interaction,输入表中参数。

Step 3: Creator – 定义粒子

在定义了材料和相互作用特性之后，需要创建颗粒形状。在这个模拟中，颗粒由两个球体构成，在Partical Material上右击选择Add particle，选择Dual Sphere，设置如下。命名为Grain Particles，设置尺寸分布（Size Distribution）为正态（normal）；点击Calculate Properties按钮计算粒子的质量、体积、惯性矩。

Step 4: Creator – 设备材料和相互作用

螺旋输送器由钢材料制成，在Equipment Material部分右击选择Add Equipment Material 选项并命名为Steel，物理参数如下。

还需要设置谷物颗粒与设备相互作用时的的粒子行为，点击Steel，再点击下面的+号Add interaction，按下表填写与Particle Material的作用参数。

EDEM认为steel和partical material的相互作用与partical material和steel的相互作用是一样的，因此只需创建一次。

Step 5: Creator – 导入CAD几何体

在Geometries部分右击选择Import Geometries,选择文件screw_auger_complete.stl，单位(Choose Units)选择Millimetres，取消勾选Merge Sections，各部件不缝合。根据下图命名各部件，材料全部选择为Steel。

 

Step 6: Creator – 定义螺旋运动

螺旋输送器使用旋转螺旋刀片移动管道内的粒状物质。为了模拟螺旋输送器，需要定义螺旋刀片的运动。下图给出了在EDEM中设置运动所需的信息。角速度的方向约定是逆时针为正(+)和顺时针为负(-)。

为了能够运输材料上螺旋钻，我们设置角速度为-100；在Screw blade上右击选择Add Kinematic->Add Liner Rotation，命名为Liner Rotation，输入参数如图所示。勾选显示向量（Display Vector）框，显示线性旋转运动学可视化方向。

 

Step 7: Creator – 创建粒子工厂平面

在Hopper顶部创建粒子工厂平面，在Geometries部分右击选择Add Geometries->polygon，参数如下图所示，命名为Factory Plate，Type选择Virtual，因为这个平面并不是机器的一个实体部分。平面的位置如下图所示，其尺寸大小应比Hopper的尺寸略小，保证粒子均产生在漏斗内部。

Step 8: Creator – 创建颗粒工厂

您需要定义粒子工厂的工作方式。下表给出了粒子生成的详细信息和必须为模拟定义的参数。在Factory Plate上右击选择Add Factory，命名为Grain Inlet，输入参数。

Step 9: Creator – 定义物理特性

接触模型描述了EDEM中的物理特性，以及元素在相互接触时的行为。在这个例子中，粒子-粒子和粒子-几何体的相互作用均使用默认的Hertz-Mindlin (no slip) 接触模型，在Physics进行设置。

Step 10: Creator –改变区域大小和定义重力方向

在Creator Tree的environment部分，您可以修改域(Domain)和重力（gravity）选项。域(如图中红色框所示)是进行模拟的区域。在正X方向上将区域扩展到1000mm，以确保您可以看到材料从螺旋输送器中流出；重力作用于z方向，其值为-9.81。

 

 Step 11: Simulator – 运行仿真

点击仿真按钮切换到Simulator界面，设置时间步长为Raleigh时间步长的20%，单元网格尺寸(Cell Size)为2Rmin，仿真时长为10s，目标存储间隔为0.05s。点击界面下方的Progress进行仿真。

该模型中的粒子在大多数模拟中都是紧密排列的，因此您可以选择2 - 3 Rmin之间的适当的网格大小，（但是，设置为3Rmin时，仿真会出错，粒子下落到漏斗后直接消失）大多的工业应用中建议一个典型的时间步长的20%，来确保模拟的稳定性。

可以使用主工具栏上的更新和刷新查看器图标来监视模拟过程。

 

Step 12: Analyst – 配置显示设置

分析（Analyst）被用来回放、检查和分析模拟的结果。您可以配置显示（Display）选项，以了解在螺旋输送器中发生了什么，并可视化移动的粒子。

点击工具条上Analyst按钮切换到分析界面，展开Display->Geometries选择Hopper几何体，显示模式（Display Mode）选择网格（Mesh）以看到内部的情况。展开Display->Particals点击Grain Particals，将Representation设置为Vector，使用矢量显示选项来可视化粒子移动的方向。

为了理解螺旋输送器中发生了什么，你可以观察物料对几何体的影响，以及粒子间的接触，从而想象粒子之间是如何相互撞击的。

使用EDEM的Analyst Tree的 Contact和Bond部分，并尝试使用不同的设置来查看不同的接触。在完成该节教程之前，关闭所有联系人的接触（取消勾选Display Contact）,以继续完成后边内容。

Step 13: Analyst – 元素着色

在这一步中，您可以将螺旋刀片与其他几何体分开着色以突出显示它。也能够观察颗粒流通过螺旋输送器。该步观察模拟结束时粒子的速度。

展开Geometries部分，并为几何体依照下表着色。

点击Grain particle，然后Color by设置为Velocity，以3级颜色显示，如图所示。

Step 14: Analyst – 导出仿真数据

模拟过程中收集的数据可以导出进行分析。对于这个模拟，EDEM每0.05秒保存一次数据，但是为了加快这个过程，您可以每0.1秒导出一次数据，以减少需要分析的数据量。导出粒子平均速度，每个粒子的位置坐标。点击File->Export->Results Data弹出对话框，点击+号创建一个配置，General选项卡如图。切换到Queries选项卡，点击+号创建一个新的query，命名为Velocity Query，展开Partical选择Velocity，设置分量（Component）为Magnitude，设置Query Type为Average，其他默认。

点击+号添加第二个Query，命名为Position Query X，展开Partical选择属性Position，分量选择X，设置Query Type为Average，其他默认；然后使用复制按钮以此设置Y和Z。

点击Export按钮导出数据。

Step 15: Analyst – 创建一个螺旋输送器视频

要录制一个动画，你应该先走到视频需要的起始点，然后点击右下角的录制动画按钮。点击后打开Export Images/Video窗口，导出视频的格式有AVI、MKV、MP4、EnSight Video、Windows Media Video等 ，选择Windows Media Video格式和Windows Media Video V8压缩方式，点击屏幕抓取按钮，设置视频的宽度和高度与查看器（Viewer）的大小一致。

设置完点击OK，然后视频记录按钮变为红色。此时将视频跳回开头，然后播放记录视频，期间可以暂停、调整角度、继续播放等一些操作，录制结束后再次点击录制视频按钮（红色）自动保存视频。

官方教程链接：（附模型下载地址）

https://www.edemsimulation.com/courses/screw-auger-tutorial-edem-2017/