三维离散元法计算仿真软件开发研究

本文在对国内外有关离散元法研究现状及存在问题进行分析的基础上,结合相关机械部件的特点和设计要求,提出由机械部件的CAD模型建立其三维离散元法分析模型,在此基础上实现CAD软件与自主开发的三维离散元法计算仿真软件集成,从而构建一种集设计与性能分析评价为一体的与散粒物料接触作用的机械部件通用数字化设计方法和集成设计分析软件,为相关机械部件的数字化设计和优化设计提供了一种新方法和新工具。 在自主开发三维离散元法软件时,采用了一种基于图元(如平面、球面、椭球面、柱面和锥面等)的三维离散元法边界建模新方法;为了解决基于图元边界建模时,存在的图元不完整和不同图元的相贯问题,提出了实边界和虚边界的概念;还提出一种基于图元的三维离散元法软件边界类划分的新方法。 以球体颗粒为研究对象,对球体颗粒间、球体颗粒与几种边界图元间的接触判定、接触力计算以及颗粒运动方程求解等问题进行详细分析,给出了求解方法和计算公式,初步建立了三维球体颗粒模型的离散元法基本理论。 在上述理论及方法的基础上,使用Visual C++并结合OpenGL三维图形库开发了三维离散元法计算仿真软件,通过数据库共享实现了自主开发的三维离散元法计算仿真软件与前端CAD软件的集成。该集成设计分析软件采用由边界的CAD模型建立其离散元法分析模型,采用球形颗粒模型建立散体颗粒的离散元法分析模型,可由用户选择颗粒入口的形状和大小,可采用线性、赫兹等接触力学模型进行接触力的计算,还具有单个颗粒运动跟踪等功能,通过一些简单实例初步验证了软件的可行性、可用性和优点。