离散元仿真软件EDEM在增材制造领域的应用

1、 扬帆起航离散元仿真软件EDEM在增材制造领域的应用SLS（Selective Laser Sintering）选择性激光烧结SLS工艺过程示意图金属粉末、高分子粉末等SLS成件质量关键影响因素粉末粉末材质粉末形状粉末粒径分布粉床密度及均匀性铺粉工艺参数（辊子式为例）送粉方式辊子半径辊子转动速度辊子平动速度粉末预热温度场预热方式温度控制影响粉末最终状态结论：粉末颗粒属性及行为成为研究SLS的关键！粉末颗粒的特性不可无限细分有粒径级配要求抗剪、碰撞反弹散料研究的挑战引入离散元方法（Discrete Element Method, 简称 DEM）离散元方法及EDEM功能介绍离散元方法简介离散元方法

2、（Discrete Element Method, 简称 DEM）1970s，Cundall和Strack提出首先提出了离散元方法，用于模拟非连续介质动力力学及相关行为的数值计算方法Lagrange体系下 的求解牛顿第二定律对体系内每个离散单元进行动力学模拟离散元方法简介颗粒系统的模拟流程EDEM CreatorEDEM SimulatorEDEM AnalystEDEM Coupling InterfaceExtended capacitiesEDEM构架与功能前处理器颗粒建模CAD结构与运动建模接触模型设置二次开发接口C+语言自定义物理数学模型耦合接口多体动力学计算流体力学结构有限元其他物

3、理场EDEM API后处理器图片/动画生成曲线图、柱状图分析模拟数据导出求解器多核共享内存式并行GPU加速计算功能动态计算技术/颗粒冻结技术计算速度最快的商业离散元代码EDEM构架与功能1. 基于球面法的颗粒建模方法2. 利用多球面组合建立非球形颗粒3. 基于颗粒模板的自动球面填充技术完善的颗粒建模功能3D打印尼龙粉末颗粒形状EDEM构架与功能颗粒粒径分布方式FixedRandomLognormalUser definedNormal内置多种颗粒粒径分布设置模式适用于各种不同的仿真工况需求完善的颗粒建模功能激光粒度仪尼龙粉末粒径分布（正态分布）EDEM构架与功能GEMM数据库通用EDEM材料模

4、型库，基于多年工程经验及物料参数研发提供多种参数取值范围快速确定物料和设备的物理特性以及它们之间相互作用参数完善的颗粒建模功能EDEM构架与功能便捷的几何导入与运动设置内置建模功能通用几何文件3D建模文件Box.igs .igesCATIACylider.mshPRO/EPloygon.stlSOLIDWORKS.stp .stepUG八种运动形式1）四种基本运动：Linear Translation/Linear Rotation/Sinusoidal Translation/ Sinusoidal Rotation2）两种皮带输运专用运动形式：Conveyor Translation/Co

5、nveyor Rotation3）力和力矩驱动载荷：Force Controller/Torque Controller2. 运动复制和继承功能EDEM构架与功能Hertz-MindlinEEPAHertz-Mindlin +JKRHysteretic SpringStandardRVDTribochargingArchard WearbondedRelative WearHeat ConductionLiner SpringLinear cohesion基础接触模型滚动摩擦模型附加接触模型基于API开发的自定义接触模型自定义模型丰富多样的接触模型计算粉末颗粒-粉末颗粒、粉末颗粒-铺粉装备等间

6、作用力EDEM构架与功能CPU加速GPU加速Single GPUMulti GPUEDEM 2019.1Compute intensive functionsRest of sequential CPU codeCPUGPUGPUGPUParallelize with GPU绝对领先的计算求解速度EDEM构架与功能颗粒冻结技术动态计算域技术采用颗粒冻结技术、动态计算域技术等特殊加速技术，针对大型储料设备、大型料床的物料生成与作业过程进行加速，大大提升仿真效率。绝对领先的计算求解速度EDEM构架与功能柱状图折线图散点图饼图属性变量显示矢量箭头显示流线显示模板显示灵活丰富的后处理EDEM构架与功能

7、分区统计属性传感器分区颜色显示动态统计动态分区显示切片显示内部视频结果输出灵活丰富的后处理EDEM构架与功能1. 自定义特殊颗粒接触力学模型、体力模型等，实现针对工况的建模要求，如颗粒微观力、蓉蓉、热胀、破碎、团聚、电磁力等；2. 自定义结构体运动、变形、热属性等，复杂工况模拟，扩展离散元方法的应用领域。多元的二次开发接口融化反应模拟EDEM构架与功能散体物料模拟真实载荷分布部件结构分析系统结构分析设备结构受颗粒载荷的应力应变 解决传统有限元分析无法已知准确的载荷分布对仿真结果带来的影响，优化结果更合理支持ANSYS Workbench、Abaqus、HyperMesh等软件的耦合强大的多场耦

8、合接口EDEM构架与功能喷动床模拟更适合颗粒之间有特殊接触作用的仿真工况，如絮凝团聚壁面粘附破碎变形可以实现诸如喷动床、旋转床、高炉加热、气力输送、旋风分离器等涉及流固曳力、传热、传质等复杂颗粒多相流工况的模拟。FluentOpenFOAM强大的多场耦合接口气力输送EDEM构架与功能多体软件为EDEM中结构的复杂运动提供输入，模拟结构对物料的作用机理，如：作业效率、作业质量等EDEM为多体软件提供颗粒对结构的载荷影响，模拟带载条件下设备的动力学、运动学特征等强大的多场耦合接口工程机械农业机械冶金行业采用EDEM分析高炉布料过程无钟炉顶原料运动规律 矿石与焦炭的分层排布溜槽表面磨损区域预测炉料下

9、降行为风口回旋区制药行业药粉混合片剂包衣药片磨损药物填充 湿法造粒药片干燥药物研磨增材制造应用案例铺粉均匀性、粉床密度、粉末流动状态、辊筒运动参数等铺粉工艺应用*参考文献：尼龙粉末选择性激光烧结铺粉工艺数值模拟研究，郑军辉刮板式铺粉系统辊子式铺粉系统移动料斗式铺粉系统铺粉工艺关键因素：铺粉层均匀度、粉床密度、辊筒受力、粉体流动状态、辊筒结构参数、辊筒运动参数、铺粉层厚度等。辊子式铺粉仿真辊子式铺粉系统仿真铺粉过程颗粒受力模型铺粉系统示意图*参考文献：尼龙粉末选择性激光烧结铺粉工艺数值模拟研究，郑军辉辊子式铺粉仿真Case1铺粉过程仿真尼龙粉末颗粒形状铺粉过程颗粒受力模型新粉与余粉配比对粉床密度影响新粉与余粉配比对粉床密度均匀性影响辊子式铺粉系统示意图辊子式铺粉过程仿真(a)生成粉末(b)供粉缸供粉(c)开始铺粉(d)铺粉完成*参考文献：选择性激光烧结成型质量关键影响因素研究，李书廷辊子式铺粉仿真Case2铺粉辊平动速度对粉末密度影响铺粉辊转动速度对粉末密度影响铺粉辊半径对粉末密度影响*参考文献：选择性激光烧结成型质量关键影响因素研究，李书廷刮板式铺粉系统粉末受力