介绍

本文介绍小麦（或水稻）种子模型与不同材料板材冲击的速度和作用力分析，可以用于传感器设计。

案例主要包括：

• 定义一个小麦种子模型；
• 颗粒速度和接触力分析；
• 仿真时间步长和网格尺寸设计；
• 仿真、分析动画播放的一些经验。

Step 1:Creator –定义项目和设置

设置下表中的单位。点击Tools > Options…选择Units选项卡。将Length改为mm即可。

Step 2: Creator –定义颗粒材料和相互作用

在Bulk Material部分选择Add Bulk Material添加材料并命名为Wheat Material，参数设置如图。

Step 3: Creator – 定义粒子

在Wheat Material上右击选择Add Particle，选择Straight Four，命名为Wheat，在定义模型的表上任意位置右击选择Add Sphere，可以添加更多的sphere，共11个，设置参数如下表。

                                                                   

Name	Position X  (mm)	Position Y  (mm)	Position Z  (mm)	Physical Radius (mm)
sphere0	-3.0	0	0	0.6
sphere1	-2.4	0	0	0.95
sphere2	-1.8	0	0	1.2
sphere3	-1.2	0	0	1.4
sphere4	-0.6	0	0	1.55
sphere5	0	0	0	1.6
sphere6	0.6	0	0	1.55
sphere7	1.2	0	0	1.4
sphere8	1.8	0	0	1.2
sphere9	2.4	0	0	0.95
sphere10	3.0	0	0	0.6

Step 4: Creator – 设备材料和相互作用

在Equipment Material部分右击选择Add Equipment Material 选项，重复添加两个并分别命名为T6 和304，参数如下。代表T6铝板和304不锈钢。

Step 5: Creator – 添加几何体

在Geometries部分右击选择Add Geometry->Box,命名为Sensor Plate，类型为Physical，材料选择T6，尺寸参数设置如下；在Geometries部分右击选择Add Geometry->Polygon,命名为Factory，类型为Virtual，尺寸参数设置如下；

Step 7: Creator – 创建颗粒工厂

在Factory Plate上右击选择Add Factory，输入参数如下图，每秒生成20个，速度方向为fixed，点击后面齿轮设置z轴大小为-2.5m/s。

Step 8: Creator – 方向余弦矩阵（DCM）

在设置颗粒工厂是，可以设置粒子生成时的方向（Orientation），在EDEM中是通过方向余弦矩阵（DCM）进行表示。也就粒子坐标系相对全局坐标系的方位。具体可以参照下方的链接进行学习。

https://blog.csdn.net/haoliliang88/article/details/80523895

https://www.bilibili.com/video/av50288840/

Step 9: Creator – 定义物理特性

粒子-粒子和粒子-几何体的相互作用均使用默认的Hertz-Mindlin (no slip) 接触模型，在Physics进行设置。

Step 10: Creator –改变区域大小和定义重力方向

使用environment部分域(Domain)和重力（gravity）的默认值即可。

 Step 11: Simulator – 运行仿真设置

（1）设置时间步长

本案例主要是检测种子冲击的接触过程，那么就需要根据实际的碰撞过程设置时间步长，在不确定碰撞过程的情况下可以先设置大时间步长，如果检测不到接触力，或者检测数据点太少，就需要设置更短的时间步长，本案例设置的时间步长为10%的Rayleigh Time Step。

（2）设置数据存储间隔

数据存储间隔如果太大，可用于分析的数据点就会很少，甚至根本检测不到撞击过程，存储间隔的影响更大。本案例在0.01s的默认间隔时，事实上根本检测不到撞击，当间隔设置为0.00001s时才能检测到足够的数据反映撞击过程。否则在回放动画的时候发现种子位置是突变的、不联系的。

（3）设置经验

时间步长小、存储间隔小，导致仿真过程很慢，这时需要使用仿真暂停功能，EDEM可以再任何时候停止仿真，因此，在撞击的那一段时间使用更小的存储间隔和时间步长，在其他时段可以使用更大的时间间隔。本案例里每秒生成20个粒子，也就是大约0.05s的时候生成一个粒子，2.5m/s的速度也很快，0.06的碰撞过程也就结束了。如果不能确定碰撞阶段的时间范围，可以先设置大的存储间隔和时间步长进行粗略仿真，在动画回放时查看时间范围，再进行精确仿真。

Step 12: Analyst – 动画回放

切换到Analyst界面，在下方可以设置连续播放的倍速、单步播放的步长。

Animation Type是连续播放的设置，如选择回放速度（Playback Speed），可以自行输入想要设置的播放倍速，用于观察高速运动，或加快播放速度。

Step By 设置单步播放的间隔，Iterations是数据存储间隔的步长设置。

如果想要查看某个时刻的状态，可以在上方工具条上时间序列框里选择。将鼠标指针置于其上，可以通过滚轮来播放动画，便于随意控制动画播放的速度，相较于屏幕下方的单步播放方便得多。

Step 13: Analyst – 数据浏览器（分析）

在工具条的空白处右击可以打开或者关闭数据浏览（Data Browser）窗口，在不同界面有不同的数据窗口。里面包含了仿真模型、仿真结果的一些信息。该窗口显示的只是当前时刻（Current Time）的信息，而不是整个仿真过程的信息。如：当前时刻没有任何颗粒和接触（Contacts）、粘结（Bonds）等，因此，显示为0。

Step 14: Analyst – 创建图表

点击创建图表按钮，接切换打牌图表创建界面。选择Line选项卡，Group选择Contact，本案例绘制冲击过程的法向力曲线。其他相关参数设置如图所示。在X轴选取时间范围，Y轴选择Attribute为Nomal Force，点击Creat Grapgh创建曲线。

该曲线为种子生成方向随机时，在一次仿真中的曲线，每次都是不相同的。