(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202210824777.4 (22)申请日 2022.07.13 (71)申请人 浙江大学 地址 310058 浙江省杭州市西湖区余杭塘 路866号 (72)发明人 赵永志　刘子寒　马华庆　 (74)专利代理 机构 杭州天勤知识产权代理有限 公司 33224 专利代理师 白静兰 (51)Int.Cl. G06F 30/23(2020.01) G06F 119/02(2020.01) (54)发明名称 基于伴随计算 域的离散元仿真方法 (57)摘要 本发明公开了基于伴随计算域的离散元仿 真计算方法， 包括以下步骤： (1)根据实际工业过 程导入目标设备， 并设置仿真环境； (2)根据实际 工业过程中颗粒系统的颗粒尺 寸， 设置伴随计算 域的网格尺寸； (3)根据实际情况， 设置伴随计算 域的边界扩展值与尺寸值； (4)使用伴随计算域 开始离散元仿真计算， 伴随计算域根据当前时间 步下目标设备的位置进行实时更新， 模拟实际工 业过程中的颗粒系统， 得到仿真结果。 本发明提 供的仿真分析方法解决了大规模计算中内存消 耗巨大与计算效率较低的问题， 采用伴随计算域 的方法可以大大降低内存消耗并提高计算效率， 满足了实际仿真的需要； 将仿真结果应用于实际 工业过程的优化指导中， 可以提高生产效率。 权利要求书1页 说明书5页 附图4页 CN 115169187 A 2022.10.11 CN 115169187 A 1.基于伴随计算 域的离散元仿真方法， 其特 征在于， 包括以下步骤： (1)根据实际工业过程 导入目标设备， 并设置 仿真环境； (2)根据实际工业过程中颗粒系统的颗粒尺寸， 设置伴随计算 域的网格尺寸； (3)根据实际情况， 设置伴随计算域的边界扩展值与尺寸值， 边界扩展值为全局坐标系 下伴随计算域在目标设备最小位置的基础上向外扩展的尺寸， 尺寸值为伴随计算域长、 宽、 高的尺寸大小； (4)使用伴随计算域开始离散元仿真计算， 伴随计算域根据当前时间步下目标设备的 位置进行实时更新， 模拟实际工业过程中的颗粒系统， 得到 仿真结果； 其中， 在仿真过程中伴随计算域的位置和大小根据每一个时间步下目标设备在全局坐 标系下的最小位置、 设置的边界扩展值与尺寸值确定， 保证伴 随计算域在全局 坐标系下包 络目标设备。 2.根据权利要求1所述的基于伴随计算域的离散元仿真方法， 其特征在于， 在步骤(1) 中， 所述的实际工业过程 为矿物球磨、 颗粒破碎、 材 料分散或微丸包 衣。 3.根据权利要求1所述的基于伴随计算域的离散元仿真方法， 其特征在于， 在步骤(1) 中， 所述的目标设备为球磨机、 轮斗、 混合器或包 衣设备。 4.根据权利要求1所述的基于伴随计算域的离散元仿真方法， 其特征在于， 在步骤(2) 中， 所述的伴随计算 域的网格尺寸与颗粒系统中的颗粒 粒径相当。 5.根据权利要求1所述的基于伴随计算域的离散元仿真方法， 其特征在于， 在步骤(3) 中， 所述的边界扩展值小于目标设备的十分之一。 6.根据权利要求1所述的基于伴随计算域的离散元仿真方法， 其特征在于， 在步骤(3) 中， 若目标设备在运动过程中不发生转动， 则伴 随计算域的尺寸值要大于目标设备在全局 坐标系下延着三个坐标轴方向的长度； 若目标设备发生转动， 则伴 随计算域的尺寸值要大 于运动过程中目标设备延着三个坐标轴方向的长度的最大值。 7.根据权利要求1所述的基于伴随计算域的离散元仿真方法， 其特征在于， 在步骤(4) 中， 根据每一个时间步下目标设备在全局坐标系下的最小位置与边界扩展值确定伴随计算 域在底面、 侧面与后面的位置， 再结合尺寸值得到一个六面体， 作为每一个时间步下的伴随 计算域。 8.根据权利要求1所述的基于伴随计算域的离散元仿真方法， 其特征在于， 在步骤(4) 中， 在每一个时间步下目标设备根据设定的运动模式运动。权　利　要　求　书 1/1 页 2 CN 115169187 A 2基于伴随计算域 的离散元仿真方 法 技术领域 [0001]本发明涉及数值计算领域， 特别涉及基于伴随计算 域的离散元仿真方法。 背景技术 [0002]颗粒材料是当下工业过程中广泛使用的物质之一， 常见的岩石、 矿物、 泥沙、 催化 剂、 生物质 、 微丸、 片剂等， 都可以视为颗粒物质。 工业过程中颗粒物的运动规律较为复杂， 对于过程的影响又十分关键， 而采用实验方法获得颗粒 的行为往往开销巨大， 并且难以获 得颗粒尺度的信息， 因此采用离散单元法仿真成为了当下工业过程中了解颗粒物质行为的 重要手段。 如公开号为CN 110414139A的中国专利公开了一种用于滚筒内颗粒状坚果热加工 的仿真计算方法， 包括如下步骤： 获取颗粒状坚果的物性参数、 滚筒的材料特性参数和结构 参数、 滚筒—坚果之间及坚果—坚果之间的相互作用参数； 根据所获得的颗粒状坚果的物 性参数， 在离散元软件中建立与实际相符的颗粒状坚果离散元模型； 根据所述滚筒的结构 参数， 建立滚筒的三维实体模型； 将所述滚筒的三维实体模型转换格式， 将其导入至离散元 软件中， 再通过添加热交换接触模型、 滚筒的转速等条件， 建立颗粒状坚果热加工的离散元 仿真模型； 并设计正交实验仿真在不同工况下滚筒内坚果的运动状态以及热传导情况， 通 过方差分析 得出最优工况。 [0003]而当工业过程较为复杂时， 比如设备规模较大或运动 复杂， 传统的计算域生成方 式会将整个仿 真过程中所有颗粒会出现的位置都包含在计算域内， 这就往往会导致在某一 时刻整个计算域内只有局部区域存在颗粒， 而此时颗粒间的接触检测却还 是在整个计算域 上进行。 由于颗粒接触检测时的网格尺寸与颗粒系统中的颗粒粒径相当， 因此当颗粒尺寸 较小时， 采用上述的传统的计算域生成方法会造成大量的内存消 耗， 并提高了计算的时间 成本， 大大降低了 仿真效率。 [0004]工业过程中往往涉及到大量 的颗粒系统， 如矿产、 土木、 能源、 化工、 制药等领域。 在具体的工业过程中， 涉及到的颗粒数量往往十分庞大， 且颗粒 的尺度相对设备尺寸来说 又往往很小。 如在矿产领域涉及到的球磨过程中， 球磨机内的物料与介质相对于设备来说 尺寸较小， 而球磨机内的物料与介质的数量又极为庞大， 这就导致球磨过程的离散元仿真 中计算域的尺寸较大， 但用于接触检测的网格尺 寸较小， 最 终计算域内产生大量的网格， 大 大增加了内存消耗。 并且， 对于一些设备运动更加复杂的过程， 例如行星球磨 机内的球磨过 程。 行星球磨 机是混合、 细磨、 小样制备、 纳米材料分散、 新产品研制和小批量生产高新技术 材料的必备装置， 广泛应用于地质、 矿产、 冶金、 电子、 建材、 陶瓷、 化工、 轻工、 医药、 美容、 环 保等部门。 在行星球磨机的正常工作中， 球磨罐不仅会随着底板做绕轴公转， 也会绕着自身 轴线做自转运动。 因此， 在离散元仿真中， 如果采用传统的计算域生成方式， 整个仿真中球 磨罐所经过的位置都要包含在计算域中， 导致计算域过大。 而在每个时间步内， 计算域中的 颗粒仅集中在一个范围较小的局部空间中， 因此会造成大量内存的浪费， 同时还会导致时 间成本的提高。说　明　书 1/5 页 3 CN 115169187 A 3