DEM — CAE用语解释

FEM是「连续体（固体·流体）」的离散化手法，但DEM是将「粒子的集合体（砂、粉、煤炭、片剂等）」作为一粒一粒的刚体来处理的手法。用Newton第2法则（ma = F）追踪各粒子的运动，用弹簧-阻尼器-摩擦模型表现粒子间的接触。「砂崩坏、粉体充填、煤炭破碎」——无法作为连续体处理的粒状体问题是DEM的专长。但超过1亿粒子时计算成本会剧增，所以在实际应用中GPU超并行计算成为必需。

接触力计算使用的Hertz-Mindlin接触模型是行业标准。法线方向采用Hertz弹性接触（F_n = k_n * delta_n^1.5），切线方向采用非线性弹性+Coulomb摩擦（F_t <= mu * F_n）。参数包括杨氏模量E、泊松比nu、静摩擦系数mu_s、滚动摩擦系数mu_r——需要通过沙粒或颗粒的实验（压缩试验、角度安息角试验）来校准。检验DEM模型的基本方法是确保模拟与实验中的安息角（Angle of Repose）相符。

这是用CFD+DEM求解粒子在流体中流动或悬浮的问题（浆液输送、流动床反应器、空气中的粉尘）的手法。在用CFD计算流场（OpenFOAM等）的同时，为各DEM粒子加入流体阻力（Drag）来表现Particle-Fluid相互作用。OpenFOAM和LIGGGHTS（开源DEM代码）的CFDEM Coupling是实现这一功能的开源软件。在医药品制造的片剂流动涂层、石油·气体多相流管道的粒子输送评估中使用。

①制药：片剂造粒、涂层、充填的粉体工艺设计（GEA、Glatt等）——粒子形状和涂层均匀性的模拟。②采矿·资源：球磨机（矿石粉碎机）的粉碎效率优化、皮带输送机的设计。③农业机械：联合收割机脱粒·选别部分的谷粒运动。④建筑：混凝土搅拌机的骨料分布评估。专业软件包括EDEM（Altair）、StarDEM（Siemens）、ROCKY DEM（Ansys）。ROCKY在GPU并行方面优势明显，常用于大规模粒子问题。