Новости
STAR-CCM+ v12.04: Моделирование реалистичных форм частиц при помощи многогранных DEM элементов
Siemens PLM Software
Когда мои дети были значительно младше, их всегда восхищала работа художника по воздушным шарам - завсегдатая детских праздников. Подобные мастера могли сделать что угодно, от обезьяны до пирата, просто вращая воздушные шары вместе. Чаще всего, взрослый человек, глядя на подобную композицию, мог бы, с относительной уверенностью сказать какое животное или фигура получились в итоге, но впечатлительный ребенок не видит шариков, он просто видит разноцветного льва.
Представим на мгновение, что Вам пришлось бы моделировать что-то подобное этому льву. В прошлом (при учете того, что лев, однозначно, не является наиболее распространенной формой для несферических DEM частиц), единственным для Вас выходом было бы соединить все DEM частицы, что в итоге было бы очень похоже на ту самую композицию из воздушных шаров, а именно множество сочлененных друг с другом сфер различного размера.
Однако, благодаря появлению многогранных DEM частиц в версии STAR-CCM+® 12.04, произошли значительные изменения в данном процессе. Теперь Вы можете более точно моделировать реальные объекты, добавляя углы к вашим частицам, создавая или импортируя реалистичное представление, как часть геометрии, которая затем формирует основу конкретной частицы. Для множества задач новая многогранная частица окажется, с точки зрения вычислительных ресурсов, менее ресурсоемкой чем композитная частица, для формирования которой, в случае необходимости приближения к реальной форме, может потребоваться большое количество сфер. Многогранные частицы также позволяют получить более точные результаты расчета при сокращении требующегося на него времени.
Сочетание новых возможностей последней версии позволяет Вам, как пользователю, извлечь максимум из STAR-CCM+, вне зависимости от типа задачи и области применения. В данной статье мы рассмотрим одну из вышеозначенных четырех возможностей, а именно замену сборок.
Иногда, путешествуя на высокоскоростном поезде, Вы наслаждаетесь видами деревенских пейзажей из своего окна, за которым мелькают атомные и ветряные электростанции. Бывает вечером, Вы серфите по социальным сетям и натыкаетесь на потрясающие фотографии Земли, только-только размещенные астронавтом с МКС.
Разберем пример. Давайте представим, что нам надо найти угол естественного откоса для определенного типа гравия. Мы можем это сделать при помощи заполнения цилиндрического рукава частицами и затем изменить его угол для приведения «гравия» в движение. Сначала нам нужно сгенерировать часть, отображающую типичную форму камня и потом объединить ее с DEM фазой. Часть и результирующая многогранная частица представлены слева на изображении ниже:
Если мы сравним представление в виде эквивалентной композитной частицы, созданной при помощи 10 сфер (на изображении справа), то можем увидеть, что острые углы потерялись и получилось нечто округлое в поперечном сечении. Многогранная частица, с другой стороны, настолько же точная, насколько и ее геометрическое представление.
Если наши камни имеют разные размеры и поверхности, мы просто можем задать параметры распределения по размерам и по длине цилиндрического рукава, чтобы отобразить плотность частиц. Часть геометрии представляет собой топологию, а не актуальный размер и поверхность. При необходимости наличия разных топологий, мы можем моделировать различные фазы.
Как показывает данный пример, реальная выгода от многогранных частиц заключается не только в точном описании геометрии объектов (которые могут быть описаны композитными частицами из сфер), а в том, чтобы моделировать объекты с острыми углами или высоким аспектным отношением. В этих случаях, для создания правдоподобного представления, композитные части потребуют достаточного количества сфер.
Рассмотрим другой пример – шестигранная гайка. При помощи созданной из 20 сфер формы композита, она остается далека от реальной, тогда как многогранная частица показывает правильную поверхность, включая ребра.
Итак, многогранные частицы дают нам наиболее аккуратное представление. А что насчет скорости и производительности? Чтобы понять это, сравним частицы в виде треугольной призмы и композитной частицы в виде набора из 20 сфер.
Для этого сравнения мы выбрали модель вращающегося барабана с 4000 частицами, перемешанными вследствие вращения барабана, по аналогии с примером с шестигранной гайкой. Время рассчета 100 шагов по времени на одном ядре для обоих типов частиц представлено ниже. Как Вы можете видеть, многогранные частицы дают ускорение расчета в 8 раз по сравнению с композитными частицами в данном примере.
Проводя такое сравнение, мы должны принять во внимание тот факт, что стоимость машинного времени для многогранных частиц зависит от количества граней, а для композитных частиц – от количества сфер. Отсюда вывод: когда Вы только начинаете работать с многогранными частицами, используйте более грубое разбиение конкретной части геометрии, так как впоследствии Вы всегда сможете оптимизировать рассматриваемую часть.
Многогранные DEM частицы являются одной из тех редких возможностей, которые несут увеличение скорости расчета и его точности, а также расширяют возможности DEM моделирования, и она уже доступна в релизе STAR-CCM+ v12.04.