作者：Richard Wood

翻译：杨格

原文链接：https://www.edemsimulation.com/blog/introducing-motions-to-geometries-easily-in-edem-with-the-motion-control-utility/

工程师利用数值方法仿真时，无论采用计算流体力学（CFD）、离散元仿真（DEM）、有限元（FEA）或多体动力学（MBD）中的哪种方法，都希望能够捕捉系统内的每一个细节，如研究对象的大小和形状、材料的物理属性、影响数学模型的系数及参数或可能发生的任何运动。这些运动有时如恒定速度般简单（如滚筒角速度），有时是由不同力、力矩、活塞运动等组合形成的复杂运动（如挖掘机铲斗作业运动）。

EDEM软件提供多种运动控制方法：

1）通过添加运动学的方式设置连续运动（平动、转动及复合运动）、间歇性运动（振动、摆动等）；

2）对于较为复杂的运动可以通过EDEM软件的耦合接口与第三方多体动力学软件耦合实现，EDEM软件提供了多种与MBD工具耦合方案，包括Adams、Recurdyn、LMS Virtual Lab Motion；

3）对于一些由力或力矩驱动的简单运动，用户可以通过EDEM耦合接口编程实现。

耦合接口中提供了各类函数，用户可通过编程实现与EDEM软件的交互及仿真的控制。尽管这种方法更具有通用性和灵活性，但对用户的C++语言能力要求较高。

为了简化流程、降低难度，我们开发了名为Motion Control Utility (MCU) 的工具，该工具使得用户无需通过编程即可为运动设备设置力或力矩载荷。

图1 MCU操作界面

图1（左）所示为当MCU工具与EDEM软件耦合成功后的界面。耦合成功后，EDEM中几何体名称会被加载在MCU主界面中，用户可对其中任意的几何体添加力或力矩。当初次设置完成后，所设参数将会被自动存储到文本文件中，方便重新加载。用户可在MCU界面点击开始或停止EDEM仿真，对于无头系统可通过命令行形式进行控制。

图1（右）所示为几何体受力设置界面。在该界面中，用户需要完成力载荷三向分量设置，单位为N。MCU不仅支持将力值设置为常量，也支持利用时间（t）作为自变量，配合使用常规数学函数（如反三角函数、取整函数、log函数、指数函数等）及数学运算符（加法、减法、乘法、除法、指数等）实现动态力学变化。

以如下两个案例说明MCU工具的便利性：

• 轮胎在颗粒床上滚动

• 环形粉末试样剪切测试仪器

为使轮胎能够在颗粒床上滚动起来，为轮胎添加重力使其在自身重量作用下下沉，在质心位置添加力矩驱动轮胎转动起来。颗粒床对轮胎的反作用力使其保持在一定高度，并随着轮胎的转动、颗粒的运动，高度不断发生变化。轮胎在反作用力及质心处力矩的综合作用下持续前进，直至通过颗粒床。

在环形粉末试样剪切仪案例中，对剪切仪上部部件添加重力作用，对下部部件添加转动力矩，运行仿真后即可获得粉末试样在上、下运动部件综合作用下的力学响应。上、下两个部件在粉末的反作用下会获得一定的加速度和角速度。换句话说，环形剪切仪是一种应力控制的仪器，其速度是由添加的应力和颗粒材料宏观力学响应构成的函数。

上述两个案例是MCU工具的典型应用，通过添加力和力矩的方式使得数值模型动力学仿真更贴近于真实的物理系统动力学响应。相信MCU工具在其他领域具有更广泛的应用。

如需了解更多MCU工具信息，欢迎与合工离散元团队联系。

合工仿真EDEM-QQ群：805745446