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離散要素法(DEM)による粒子動力学のシミュレーション
粒状物質の不連続性のため、粒子力学シミュレーションでは、従来の数値流体力学（CFD）とは異なるソルバーアプローチが必要となります。粒子シミュレーションソフトウェア OMNIS™/Mpacts を使用すると、工業プロセスの設計者は、実験的なプロトタイプを必要とせずに、粒子間相互作用の複雑なシステム特性を理解、解析、および解決することができます。離散要素法を採用しているため、信頼性の高い結果が得られる一方で、エンジニアリングにかかる時間を最小限に抑えることができます。
工業プロセスにおける粒子相互作用
すべての工業プロセスの約80%は、粒子状物質と粒子の相互作用を扱うと推定されています。
例としては、以下のようなものがあります。
- 食品加工：果物のあざの分析、混合と混合
- 重機：ベルトコンベア、ホッパー、ダンプカー...
- 農機具：コンバイン、トラクター、耕うん機...
- 製薬およびバイオテクノロジー：錠剤コーティング、粉体散布、流動床...
- 他にも多くの部門があります。
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果物のあざの軽減 |
穀物の穀粒と作物の分離 |
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プラスチック押出機 |
レンガの粉砕 |
OMNIS™の専用機能とポストプロセッシング
Omnis/Mpacts combines the power of the advanced DEM solver Mpacts with the user-friendly Omnis interface and all its capabilities from the pre-processing to co/post-processing in one workflow.
Offering all the benefits of the Omnis platform:
- Straightforward setup of the mechanical motion
- Surface materials definition
- Particle classes definition in the tree interaction
- Interactive control volume definition
- Automatic generation of the particle contact laws
- Particle post-processing
- and much more
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離散要素法シミュレーション(DEM)
離散要素法は、ドメイン（メッシュは不要）で記述された個々の粒子に作用するすべての力を明示的に計算することで動作します。これらの力は、オーバーラップや接触面積などの幾何学的情報から計算されます。Hertzモデルなどのモデルを使用して、接触力が得られます。これらの力は、新しい速度と位置に統合されます（左のビデオを参照）。
有限要素法との基本的な違いと利点は、DEMは空間の細分化を必要としないことです。粒子は、その位置、形状、向きによって明示的に表現されます。
これにより、粒子の形状や相互作用力学の表現に大きな柔軟性が生まれ、高精度で信頼性の高いシミュレーションが可能になります。
球体だけではなく、各種形状の粒子に対応
基本的なDEMの定式化では、粒子の形状が完全な球体であることを前提としていますが、この方法では計算量を最小限に抑えることができます。しかし、業界の要件を満たすためには、複数の形状の粒子をシミュレートする機能が不可欠です。
ここで OMNIS™/Mpacts には、他にはない大きな利点があります。それは、可能なすべての粒子形状を表現し、粒子の物理特性を完全に保持することができるという点です。球体、円柱、多面体、カプセル、繊維、シート、および小胞などに対応し、これらはすべて、剛体、あるいは変形可能な形のどちらも取り扱うことができます。
近日公開予定...
Mpacts ソルバーは OMNIS™ バージョン 5.1 に統合されています。このバージョンは、ミキサー、コンベヤベルト、ダンプトラック、スクリューコンベヤなどの機械的撹拌への適用に焦点を当てています。この統合は継続的に行われており、以下に説明するエキスパート機能の一部は将来のバージョンでリリースされる予定です。
ダメージモデリング
製品がどのようにして破損したり、なぜ破損したりするのかを知ることは、堅牢で高品質な生産を行う上で重要な場合が多くあります。そのため、OMNIS™/Mpacts には、損傷の発生と程度を計算する損傷/破損モデルが含まれています。また、専用のメカニズムには、カスタムの損傷/破損モデルを使用することもできます。
CFDカップリング
流体の流れの研究は、多くの工業プロセスに不可欠です。典型的な例として、バイオメディカル産業における動脈分岐部の流れのシミュレーションがあります。このシミュレーションでは、DEMを使用して粒子の移動と衝突を行い、CFDを使用して流体をシミュレーションしています。双方向カップリングが行われており、粒子は流れのパターンに影響を与えます。流れは粒子の積層を通って「最も簡単な」経路を探し、抗力を介して流れが粒子の動きを駆動します。
剛体カップリング
機械のいくつかの部品は、しばしば機械的に結合された動きで連結されています。結合は通常、回転制約や並進制約、またはその両方を組み合わせて行われます。Mpacts の剛体機能により、高速シミュレーションを維持しながら、連成運動機械を簡単かつスマートに定義することができます。
主な機能
機能
- 任意の粒子形状
- 各種材料定義
- 数多くの固体機械運動の定義
- 浮力
- 多様な粒子接触相互作用
- 専用の粒子後処理
モデリング機能
- 充填/積層シミュレーション
- 混合モデル
- 衝突予測
主な用途
- パウダーミキサー
- 農業機械における作物の流れ
- 土壌耕うん機
- コンベヤベルト