三维离散元法计算仿真软件测试与改进

散粒物料在自然界和工农业生产中极其普遍，虽然其结构简单，但力学特性却极其复杂。由于有限元方法的局限性和离散元法的诸多优点，使得离散元法被不断的继承和发展，成为研究散粒物料动力学的通用方法。 本课题组在充分研究和继承国内外离散元法基本理论、算法及其它研究成果的基础上，在离散元法的理论研究及其应用上已经积累了大量的经验，并先后研发出了基于二维离散元法和三维离散元法的计算仿真软件。 其中，三维离散元法计算仿真软件在继承了二维离散元法计算仿真软件优点的同时，还丰富了软件系统的功能，并提高了软件系统的性能。到目前为止，三维离散元法计算仿真软件，可根据机械部件的CAD模型（Pro/E模型或UG模型）建立其三维离散元法分析模型，可生成球形、椭球形、超球形和多球组合形四种几何模型的颗粒，可采用线性力学模型和赫兹力学模型对颗粒与边界进行接触作用力的计算，采用人机交互方式输入计算参数，还具有对整个仿真时间内颗粒的受力、运动速度、位移等进行跟踪，对计算结果进行分析等功能，由此分析机械部件的工作过程及其性能，为相关机械部件的优化设计提供了一种新方法。 三维离散元法计算仿真软件是在二维离散元法计算仿真软件的基础上开发的，但是由于增加了一个维度，使得对机械部件的建模、对颗粒运动的离散元法计算及对运动过程的仿真模拟的复杂度成倍增长。为了验证软件系统是否达到了设计初衷、所完成功能是否正确有效，要对其进行系统、完整的测试。由于三维离散元法计算仿真软件涉及工程力学计算且计算结果不可再现，使其具有一定的特殊性，所以需要在传统软件测试方法的基础上进行改进，提出适合三维离散元法计算仿真软件的测试方法。 本文以课题组现有的三维离散元法计算仿真软件为研究对象，在介绍了传统软件测试方法及测试策略的基础上，提出了三维离散元计算仿真软件的测试方法及策略，即采用切片屏蔽的方法对软件系统进行单元测试，然后采用改进的三明治方法对其进行集成测试，还对二种机械部件的工作过程进行了仿真分析，并与试验结果进行了比较，测试结果证明三维离散元法计算仿真软件计算结果正确，计算过程真实有效，进一步完善了该软件的性能。 在上述工作基础上，本文还对三维离散元法计算仿真软件的部分功能进行了改进，包括改进了球颗粒运动初始速度的计算方法；完善了颗粒与转动边界的相对位移的计算；添加了由数据库直接提取矩形入料口的功能；还增加了多边形虚边界的计算功能，进一步完善了该软件的功能。 为了使三维离散元法计算仿真软件的功能与性能更为完善，本课题组还在进行不断的深入研究，增加功能模块充实软件系统的功能，改进算法等以提高软件系统的性能。但是要想使其成为一个功能完善、性能良好的系统还需要付出更多的努力，课题组全体成员一直以此为目标，不断增添新的功能、完善已有功能、优化系统的性能，力求最终得到一个能够达到商品化软件要求的软件系统。