＜EDEM 基础案例 01＞SAG Mill

//2018-12-13 10:49:34 PartiSim修改

本案例包括以下几部分：

1. 介绍

2. 前提

3. 问题描述

4. 设置

5. 求解

6. 后处理

 

１－介绍

　　本案例介绍如何使用EDEM进行模拟分析。

　　模型为半自磨机，用于破碎大粒径矿石。

　　案例重点：

• 几何模型运动；
• 选择物理量进行数据导出；
• 研究球磨机内衬相对磨损；
• 基于导入的CAD网格建立网格单元组；
• 生成相对速度－碰撞次数直方图。

 

２－前提

　　本案例假定用户熟悉windows软件界面风格，并对EDEM界面较为熟悉。

 

３－问题描述

　　本案例的计算域如图所示。颗粒在计算域内生成并在重力的作用下落至半自磨机中，半自磨机作旋转运动，带动颗粒运动。相对磨损程度主要根据几何模型上的累积力或能量来判定。几何模型上某区域累积力或能量值越大，说明越容易磨损。

 

 

４－设置

步骤一：ＤＥＭ文件生成

１）打开ＥＤＥＭ软件

EDEM2018启动界面

 

２）ＥＤＥＭ２０１８版主界面如下图所示，本案例在Win7系统下运行，

EDEM2018主界面

 

主菜单有四个选项：

• Ｆｉｌｅ：进行一些打开和保存案例操作。
• Ｔｏｏｌｓ：里面有Ｏｐｔｉｏｎｓ选项，可以设置单位，导入颗粒模板、ａｐｉ文件，自定义鼠标操作和显示窗口部件管理。
• Ｖｉｅｗ：软件主题选择，有夜间模式和白天模式两种。
• Ｄｉｓｐｌａｙ：选择显示窗口个数和排列方式，与ｆｌｕｅｎｔ等软件类似。
• Ｈｅｌｐ：帮助文档和软件版本号。

快捷菜单：最左边三个按钮经常用到，分别为Ｃｒｅａｔｏｒ＼Ｓｉｍｕｌａｔｏｅ＼Ａｎａｌｙｓｔ，这是ＥＤＥＭ三个主要功能区切换按钮，可以点击切换至不同界面。位于主菜单下方，和ＡＮＳＹＳ　ｗｏｒｋｂｅｎｃｈ等软件类似，其中选项位置可以依据个人习惯拖动到其他位置。

３）点击Ｆｉｌｅ＞Ｓａｖｅ　Ａｓ…

４）选择一个保存路径，输入ｄｅｍ文件名，点击Ｓａｖｅ（路径名和文件名不能出现汉字）。

 

步骤二：模型

设置模型全局参数

（１）单位设置：

点击主菜单Ｔｏｏｌｓ＞Ｏｐｔｉｏｎｓ…，进入Ｕｎｉｔｓ选项卡，单位设置如图所示。

 

（２）输入模型名称及其描述：点击Ｃｒｅａｔｏｒ　Ｔｒｅｅ下的Ｐｒｏｊｅｃｔ选项，在出现的Ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ窗口中出现Ｔｉｔｌｅ和Ｄｅｓｃｒｉｐｔｉｏｎ文本框，内容随意。

 

 

步骤三：定义颗粒和几何体材料

颗粒材料和几何体材料属性按照实际情况设置。确保所有材料属性和接触属性设置完整，若有遗漏选项则无法开始模拟。材料参数可以自己输入，也可以从ＧＥＭＭ材料库中导入。本案例从ＧＥＭＭ材料库中导入材料属性。

从ＧＥＭＭ材料库选择材料：

（１）右击Ｂｕｌｋ　Ｍａｔｅｒｉａｌ＞Ｏｐｅｎ　ＧＥＭＭ　Ｗｉｚａｒｄ，选择Ｓｅａｒｃｈ　ｂｙ　Ｍａｔｅｒｉａｌ　Ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ，点击Ｎｅｘｔ。

 

（２）选择Ｓｍａｌｌ一项，本案例属于小规模工况。点击Ｎｅｘｔ。

（３）选择１０００－１５００　ｋｇ／ｍ３。点击Ｎｅｘｔ。

（４）输入堆积角４０°。点击Ｎｅｘｔ。

材料库会根据以上输入的三个参数筛选出１０个最匹配的材料。

（５）选择图中高亮的一个材料，点击Ｎｅｘｔ。由于材料库版本原因，匹配出的材料可能不一致，本案例选择相近的材料即可。

（６）勾选Ｍｅｄｉｕｍ　Ｗａｌｌ　Ｆｒｉｃｔｉｏｎ一项，点击Ｆｉｎｉｓｈ。

回到Ｃｒｅａｔｏｒ　Ｔｒｅｅ。软件自动从材料库中导入颗粒材料和几何模型材料。

（７）修改材料名称（选中材料右击，或Ｃｔｒｌ＋Ｒ），颗粒材料名改为“Ｐａｒｔｉｃｌｅ　Ｍａｔｅｒｉａｌ”，几何模型名称改为“ｓｔｅｅｌ”。

（８）材料接触属性已经自动从材料库中导入，如图所示，如果手动设置材料属性，一定要检查每一项都填入。

 

 

步骤四：定义颗粒模型：

（１）展开Ｐａｒｔｉｃｌｅ　Ｍａｔｅｒｉａｌ一项，颗粒名称改为“ｐａｒｔｉｃｌｅ”，点击Ｍｏｄｉｆｙ　Ｓｈａｐｅ按钮，选择Ｄｕａｌ　Ｓｐｈｅｒｅ。在ＥＤＥＭ中，复杂颗粒形状的模拟是通多个颗粒进行堆叠形成，本案例选择双球堆叠，实际颗粒形状根据需要选择。

（２）点击Ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ，选择Ｓｐｈｅｒｅ，取消勾选Ａｕｔｏｍａｔｉｃａｌｌｙ　Ｃｅｎｔｅｒ　Ｐａｒｔｉｃｌｅ，勾选Ａｕｔｏ　Ｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎ，

（３）在显示窗口下方出现Ｐａｒｔｉｃｌｅ　Ｓｐｈｅｒｅ窗口，设置如图所示，通过坐标和半径，确定颗粒模型形状。

 

（４）点击Ｓｉｚｅ　Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ，设置如图所示。本案例颗粒粒径分布为３７.５ｍｍ～５０ｍｍ之间均匀分布。

步骤五：定义几何模型：

ＥＤＥＭ软件本身有几何模型建模功能，但是不能建立复杂模型。本案例导入在其他三维建模软件中建立完成的几何模型，几何文件格式为ＳＴＬ。

（１）右击Ｇｅｏｍｅｔｒｉｅｓ＞Ｉｍｐｏｒｔ　Ｇｅｏｍｅｔｒｙ…

（２）找到几何文件所在路径，选择几何文件ＳＡＧ＿Ｍｉｌｌ＿ｍｅｓｈ．ｓｔｌ，点击打开。

（３）在弹出的对话框中，选择单位，Ｍｉｌｌｉｍｅｔｅｒｓ，勾选Ｍｅｒｇｅ　Ｓｅｃｔｉｏｎｓ，点击ＯＫ。

（４）Ｇｅｏｍｅｔｒｙ　Ｉｍｐｏｒｔ　Ｐａｒａｍｅｔｅｒ设置如图所示，点击ＯＫ。对于ＳＴＬ文件的几何模型，不需要ＥＤＥＭ执行任何Ａｃｔｉｏｎｓ。

 

（５）将导入的几何模型，重命名为＂Ｍｉｌｌ＂，Ｍａｔｅｒｉａｌ选择ｓｔｅｅｌ，Ｔｙｐｅ选择Ｐｈｙｓｉｃａｌ。

 

定义几何模型运动

本案例赋予几何部件Ｍｉｌｌ作旋转运动。

临界转速计算公式如下：

 

半自磨机以临界转速的６５－７５％运行。本案例转速选用６５％临界转速，１.３ｒａｄ／ｓ。

（１）右击Ｍｉｌｌ＞Ａｄｄ　Ｋｉｎｅｍａｔｉｃ＞Ａｄｄ　Ｌｉｎｅａｒ　Ｒｏｔａｔｉｏｎ

（２）在Ｓｐｅｃｉｆｉｃａｔｉｏｎ栏目下，设置Ｓｔａｒｔ　Ｔｉｍｅ：１ｓ，Ｉｎｉｔｉａｌ　Ｖｅｌｏｃｉｔｙ：１.３ｒａｄ／ｓ。

（３）设置旋转轴位置，旋转方向根据右手螺旋定则确定，旋转轴起点和终点坐标分别为（０，０，０）和（０,１０００,０）

 

步骤六：颗粒工厂创建

颗粒工厂是ＥＤＥＭ软件专有名词，用于指定颗粒生成时间＼地点＼方式。所有颗粒工厂必须基于几何部件，部件Ｔｙｐｅ设置为“ｒｅａｌ”或“Ｖｉｒｔｕａｌ”。

（１）本案例颗粒工厂设置在Ｍｉｌｌ内，首先利用ＥＤＥＭ内建模工具建立一个圆柱体：右击Ｇｅｏｍｅｔｒｉｅｓ＞Ａｄｄ　Ｇｅｏｍｅｔｒｙ＞Ｃｙｌｉｎｄｅｒ

（２）重命名新建的圆柱体，右击Ｎｅｗ　Ｓｅｃｔｉｏｎ＞Ｒｅｎａｍｅ　Ｇｅｏｍｅｔｒｙ，输入“ｆａｃｔｏｒｙ”

（３）设置Ｔｙｐｅ为Ｖｉｒｔｕａｌ，因为颗粒工厂实际上并不是半自磨机的部件。

（４）展开部件ｆａｃｔｏｒｙ，点击ｃｙｌｉｎｄｅｒ，设置圆柱体的大小，以及旋转轴起始点坐标，如图所示。

 

（５）右击ｆａｃｔｏｒｙ＞Ａｄｄ　Ｆａｃｔｏｒｙ，基于新建圆柱体的颗粒工厂“New Factory 1”出现在ｆａｃｔｏｒｙ目录下。

（６）颗粒工厂中需要设置的参数如图箭头所指，Ｆａｃｔｏｒｙ　Ｔｙｐｅ为ｄｙｎａｍｉｃ，Ｔｏｔａｌ　ｎｕｍｂｅｒ：３５００，Ｔａｒｇｅｔ　Ｎｕｍｂｅｒ（ｐｅｒ　ｓｅｃｏｎｄ）：１００００ｐａｒｔｉｃｌｅｓ／ｓ，点击Ｖｅｌｏｃｉｔｙ后小齿轮图标，在弹出的对话框中，设置Ｚ－ｄｉｒｅｃｔｉｏｎ：－５ｍ／ｓ。

 

 

步骤七：定义物理模型

本案例需要计算相对磨损，相对磨损程度主要根据几何模型上的累积力或能量来判定。几何模型上某区域累积力或能量值越大，说明越容易磨损。

（１）点击Ｐｈｙｓｉｃｓ，Ｉｎｔｅｒａｃｔｉｏｎ选择Ｐａｒｔｉｃｌｅ　ｔｏ　Ｐａｒｔｉｃｌｅ，Ｍｏｄｅｌ选择Ｈｅｒｔｚ－Ｍｉｎｄｌｉｎ　ｗｉｔｈ　ＪＫＲ，点击右下角齿轮图标，设置模型参数如图所示。

 

（２）Ｉｎｔｅｒａｃｔｉｏｎ选择Ｐａｒｔｉｃｌｅ　ｔｏ　Ｇｅｏｍｅｔｒｙ，Ｍｏｄｅｌ选择Ｈｅｒｔｚ－Ｍｉｎｄｌｉｎ　ｗｉｔｈ　ＪＫＲ，点击右下角齿轮图标，设置模型参数如图所示，勾选Ｒｅｃｏｒｄ　Ｒｅｌａｔｉｖｅ　Ｗｅａｒ。

 

步骤八：定义环境

（１）修改计算域：点击Ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ，取消勾选Ａｕｔｏ　Ｕｐｄａｔｅ　ｆｒｏｍ　Ｇｅｏｍｅｔｒｙ，设置Ｙ方向坐标最小值：－２４５ｍｍ，最大值２４５ｍｍ

（２）Ｇｒａｖｉｔｙ设置为ｚ方向：－９．８１ｍ／ｓ^２

（３）点击Ｂｏｕｎｄａｒｙ　Ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ，在Ｐｅｒｉｏｄｉｃ　Ｂｏｕｎｄａｒｉｅｓ下勾选Ｙ，在Ｙ方向设置为周期性边界条件。

（５）点击Ｆｉｌｅ＞Ｓａｖｅ，保存设置。

 

５－求解

点击Ｆｉｌｅ＞Ｓｉｍｕｌａｔｏｒ，或者在快捷菜单中点击相应按钮，切换至求解设置界面。

 

步骤一：设置时间选项

（１）取消勾选Ａｕｔｏ　Ｔｉｍｅ　Ｓｔｅｐ，设置Ｆｉｘｅｄ　Ｔｉｍｅ　Ｓｔｅｐ为３ｅ－４ｓ，Ｔｈｅ　ｐｅｒｃｅｎｔａｇｅ　ｏｆ　Ｒａｙｌｅｉｇｈ　ｔｉｍｅ　ｓｔｅｐ会自动计算（～２０％）

（２）Ｔｏｔａｌ　Ｔｉｍｅ设为５Ｓ，Ｔａｒｇｅｔ　Ｓａｖｅ　Ｉｎｔｅｒｖａｌ　设为０．０１ｓ，本案例计算总时间为５秒，保存间隔０．０１秒。

（３）勾选Ｓｅｌｅｃｔｉｖｅ　Ｓａｖｅ，Ｆｕｌｌ　Ｄａｔａ　Ｓａｖｅ　Ｅｖｅｒｙ设为５，

（４）点击Ｃｏｎｆｉｇｕｒｅ　Ｓａｖｅ，在Ｐａｒｔｉｃｌｅ　Ｄａｔａ选项卡下，勾选Base Particle Data, Velocity 和Angular Velocity ，其他不勾选。

（５）在Geometry Data选项卡下，勾选Base Geometry Data 和 Custom Properties ，其他不勾选。

（６）在Interaction Data选项卡下，勾选Contacts (Particle-Particle), Contacts (Particle-Geometry)和 Interaction based custom property data，其他不勾选。点击ＯＫ。

一些不关注的信息可以选择不保存，减小数据占用的存储空间。

 

步骤二：设置网格和碰撞选项

（１）设置Cell Size为３Rmin。（Rmin代表最小颗粒半径，网格大小一般为２～３倍最小颗粒半径）

（２）勾选Track Collisions，弹出对话框，点击ＯＫ。碰撞信息用于计算相对磨损程度。

 

步骤三：启动模拟

（１）点击显示窗口下方，Ｐｒｏｇｒｅｓｓ旁三角形按钮，开始计算。

（２）快捷菜单中有Ａｕｔｏ　Ｕｐｄａｔｅ按钮，可以选择关闭，减少模拟时间。如果想观察模拟过程中颗粒运动状态，点击Ｒｅｆｒｅｓｈ　Ｖｉｅｗｅｒ按钮。

（３）模拟完成后，弹出提示窗口，点击Ｆｉｎｉｓｈ。

 

６－后处理

点击Ｆｉｌｅ＞Ａｎａｌｙｓｔ，进入ＥＤＥＭ后处理单元。

步骤一：显示累积碰撞能量云图

（１）点击Ｇｅｏｍｅｔｒｉｅｓ＞ｆａｃｔｏｒｙ，取消勾选Ｄｉｓｐｌａｙ　ｆａｃｔｏｒｙ，隐藏颗粒工厂。

（２）点击Ｐａｒｔｉｃｌｅｓ，取消勾选Display All Particles，点击右下角Ａｐｐｌｙ　Ａｌｌ，隐藏所有颗粒。

（３）点击Ｍｉｌｌ，Ｃｏｌｏｒ　ｂｙ：Tangential Cumulative Contact Energy，Ｍｉｎ　ｃｏｌｏｒ：Ｇｒａｙ

（４）其他设置如图所示，取消勾选Ｍａｘ　Ｖａｌｕｅ的Ａｕｔｏ　Ｕｐｄａｔｅ，文本框内输入１５０Ｊ。

 

 

 

步骤二：网格单元组统计

（１）右击Setup Selections＞Add Selection＞Imported Geometry Bin Group，创建一个新的部件Imported Geometry Bin Group 01，

（２）点击Ｉｍｐｏｒｔ按钮，找到网格单元组文件 SAG_Mill_bins.stp。弹出对话框，单位选择Millimeters，其他保持默认设置，点击ＯＫ。

（３）Ｐｏｓｉｔｉｏｎ下，Link Position To Geometry选择ＭＩｌｌ，网格单元组随着Ｍｉｌｌ的旋转而转动。

（４） Display Mode选择Always。

（５）在网格单元组内统计每个网格内颗粒质量，点击Ｑｕｅｒｉｅｓ后Ｅｄｉｔ按钮，操作如图所示，

 

（６）点击Ｄｉｓｐｌａｙ　Ｏｐｔｉｏｎｓ后的Ｅｄｉｔ按钮，在弹出的对话框中，设置如图所示，点击OK，在每个网格旁会显示该网格内颗粒质量。

 

 

 

步骤三：绘制统计直方图

（１）点击快捷菜单中Create Graph按钮，进入统计图绘制单元。

 

（２）在Histogram选项卡下，参数设置如图所示，

 

 

（３）X-axis选项卡下，Attribute设为Relative Velocity。Y-axis选项卡下，Primary Attribute设为Number of Collisions，Component选择Total

（４）Settings选项卡下，取消勾选Current Time Step，Ｓｔａｒｔ和Ｅｎｄ时间选择最后一个时间步，点击Create Graph按钮，相对速度－碰撞次数统计直方图如图所示。

 

 步骤四：颗粒迹线显示

（1）操作顺序和设置如图所示，本案例颗粒迹线从第4秒开始，绘制4~5秒所有时间步内颗粒运动轨迹。

 

 EDEM官方教程链接：（内附几何模型）

https://www.edemsimulation.com/courses/sag-mill-tutorial-2017/

本文链接：

https://www.cnblogs.com/PartiSim/articles/10102764.html