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有限元與離散元

 二月石橋 2015-07-31
目前世界上結(jié)構(gòu)計(jì)算方法一般分為有限元(FEM finite element method)、離散元(DEM discrete element method)、還有邊界元(EEM)。
有興趣的朋友可以google以下,還是很有意思的。
有限元就是把計(jì)算的物體看成均勻單一材質(zhì),成為一整體,然后劃分細(xì)小網(wǎng)格;離散元
就是按照物體本身實(shí)際物理模型,比如散沙、谷物、還有我研究的道碴,按照物理實(shí)體本身劃分單元
利用牛二定律進(jìn)行計(jì)算
道碴是散體,先前計(jì)算道碴變形都是利用有限元方法,但是由于道碴變形主要是道碴破裂,所以有限元不能更好
的反映道碴變形;同時(shí)有限元計(jì)算中不能允許大位移,這樣就不連續(xù)了,但是道碴是有孔隙,在機(jī)車荷載作用下
能移動(dòng)、錯(cuò)位。
但是有限元軟件也并非對(duì)我研究毫無用處:
目前研究道碴受力斷裂,其中有2個(gè)難題,第一是如何最大限度的仿真道碴形狀,因?yàn)榈啦晷螤?br> 是影響受力重要原因,所以從道碴顆粒形狀從二維發(fā)展到近期三維;形狀從單一球形顆粒發(fā)展到球體組合,也有幾個(gè)國(guó)家利用激光三維成像掃描,將道碴顆粒形狀完全導(dǎo)入計(jì)算機(jī)中,然后獲取形狀參數(shù),進(jìn)而導(dǎo)入計(jì)算軟件,科學(xué)還是美國(guó)人搞的深入,他們面臨的問題是,形狀太復(fù)雜了,計(jì)算太耗時(shí);另一個(gè)就是道碴顆粒在他們離散元軟件中是不可變形體,即道碴顆粒單元不能模擬破裂。第二問題就是微觀上斷裂的模擬,英國(guó)利用PFC3D,將幾個(gè)球體捆綁起來,利用模擬捆綁的bond破裂模擬道碴破裂。
我目前采用的思路是:利用離散元軟件,采用可變形體單元進(jìn)行計(jì)算,
但是這個(gè)軟件建立模型,生成單元手段比較單一,說白一點(diǎn),人家比較笨,其實(shí)不怪人家笨,主要人家主要不是干這個(gè)的,人家主要計(jì)算巖石、地層、邊坡的,正所謂術(shù)業(yè)有專攻。
但是有限元軟件,比如我學(xué)習(xí)過的ANSYS有比較出色的建模特點(diǎn),所以一條路就是
利用有限元建立道碴顆粒模型導(dǎo)入離散元軟件
由ANSYS到3DEC , 下面的工作就是要做這個(gè)工作,欣喜與期待
希望以后一切順利!
科學(xué)上給我人生感悟就是
天下事合久必分、分久必合
就像土木,經(jīng)過長(zhǎng)期發(fā)展以后建筑學(xué)、城市規(guī)劃等等就從里面分家獨(dú)立過日子了,
但是永遠(yuǎn)是一個(gè)整體,所以出色設(shè)計(jì)師,從整體入手,整體與局部,辯證統(tǒng)一
有限元與離散元也是,離散元從有限元發(fā)展而來,開始看來越來越遠(yuǎn),但是某個(gè)時(shí)刻,還能重新走到一起合作!

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