EDEM与EDEM BulkSim软件定位及功能差异解析

      近些年，离散元方法（DEM）的兴起为散料机械设备研发企业提供了一种新的设计思想与技术研究路线。借助突飞猛进的计算机求解性能，将基于DEM的仿真技术与传统CAE仿真方法相结合，展开多学科、全过程的散料机械设备作业机理研究，深入了解散料对设备及设备对物料的双向作用机制，进而指导设计人员进行产品的“精益研发”，突破传统CAE方法的弊端，助力企业突破和完善原有的设计理念和方法，提升产品性能。

      随着离散元理论的发展及应用领域的拓展，多款基于DEM的仿真软件应运而生，并快速推出了不同的功能模块以满足各行业中散料机械设备的设计与优化需求。其中，DEM Solutions公司提供了两款相互独立的颗粒力学仿真软件—EDEM和EDEM BulkSim在市场占有率中独占鳌头。两款软件既有相似之处，又有功能差异，那么，研发设计人员如何根据需求从中选择呢？本文将从不同方面解析EDEM BulkSim和EDEM的定位及功能差异。

一、应用领域

      EDEM BulkSim专注于预测物料在输运处理设备（以转运站为主）中的整体流动特性，可分析物料堆积情况、撒料情况、接收皮带的负载及跑偏情况等，为关键设备的性能优化提供有价值的参考。

      EDEM为通用性离散元仿真软件，通过系统建模和仿真来模拟不同时间和空间范围内的物料-物料、物料-机构相互作用，其应用方向除上述物料输运设备外，还包括工程机械、农业机械、矿山机械、钢铁冶金、食品制药、车辆、3D打印等各个涉及散料的领域中涉及复杂颗粒动运动特性的场合。

图1  EDEM BulkSim输运设备应用

图2  EDEM在不同领域应用

二、模块构成

      EDEM BulkSim主要由模型创建模块Creator、仿真求解模块Simulator、仿真分析模块Analyst构成。模型创建模块中完成设备颗粒建模、CAD模型导入、指定物料流量及物料生成位置等工作；仿真求解模块采用离散元求解器对创建的模型进行求解；仿真分析模块中可完成物料的流动行为、散料与设备接触行为分析等。

      EDEM除前处理Creator、求解器Simulator、后处理Analyst三个基本模块外，还提供二次开发模块及耦合接口模块。通过二次开发模块用户可完成接触模型、颗粒工厂、颗粒体积力等的自定义工作。而通过耦合接口，EDEM可与多种仿真软件耦合实现多学科联合仿真，包括多体动力学软件、有限元软件、计算流体力学软件等，以满足散料机械设备的多学科精益设计需求。

图3  EDEM BulkSim软件模块构成

图4  EDEM软件模块构成

三、软件功能

      EDEM BulkSim和EDEM部分功能差异如下：

1、颗粒生成方式

      EDEM BulkSim中通过建立Generator形式生成颗粒，颗粒只能按照质量流率进行生成。

      EDEM中采用Factory生成颗粒，提供了多种颗粒生成方式，可按照实际工况需要选择采用静态生成或动态生成，可按照颗粒数量流率或质量流率生成。同时，可通过Oritation、Velocity、Position等设置颗粒的初始状态。

2、接触模型

      EDEM BulkSim和EDEM均采用接触模型链的形式设置接触模型，将接触模型分为基础接触模型、滚动摩擦模型、附加接触模型。

      EDEM BulkSim中基础接触模型包含Hertz-Mindlin(no slip)模型、Hertz-Mindlin with JKR模型、Linear spring模型；滚动摩擦模型中包含了Standard模型和RVD模型；附加模型只包含Linear Cohesion模型。

      EDEM中除包含上述模型外，在基础接触模型中包含了同时考虑颗粒塑性变形和粘性的EEPA模型、考虑颗粒塑性变形的Hysteretic Spring模型；附件模型包含了Heat Conduction颗粒传热模型，Bonded颗粒破碎模型、Archard Wear磨损模型等。此外，除内置接触模型外，用户还可以通过EDEM的二次开发功能自定义接触模型，用于更为复杂、更具有特殊性的工程工况。

图5  EDEM BulkSim接触模型设置界面

图6  EDEM接触模型设置界面

3、运动设置

      EDEM Bulksim内置In-Plane Conveyor、Translation、Rotation、Vibration四种运动形式，可满足一般的输运设备运动设置。

      EDEM中内置专门的运动形式Conveyor Translation\Conveyor Rotation用于输运机械的仿真，配合其他丰富的运动设置Linear translation\Linear Rotation\ Sinusoidal Translation\Sinusoidal Rotation，可完成移动带式输送机械、曲线型带式输送机械等的仿真。针对具有结构部件重复、周期运动等特点的机械设备，EDEM提供了结构复制、运动复制、运动循环及运动延迟等功能。此外，EDEM还可以通过与多体动力学仿真软件耦合的形式进行运动部件的运动控制。

4、求解功能

      EDEM Bulk默认求解界面只需完成求解总时间、数据保存频率及求解并行数设置。如需要采用手动设置时间步长、数据保存及颗粒接触检索需到工具栏中打开高级设置界面。EDEM BulkSim提供GPU加速求解模块。

      EDEM中自动时间步长等设置与手动设置在同一个界面中，只需勾选即可操作。EDEM提供mGPU加速计算模块，即在原有GPU模块基础上进一步提升求解速度。EDEM的mGPU加速方案采用OpenCL语言开发，可支持NVIDIA、AMD和INTEL及各系列的中低端显卡，较少的硬件花费即可以带来数倍的能力提升。

5、后处理功能

      由于EDEM BulkSim只用于输运机械设备仿真，对于散料，需预先设置完成各类监测器后，才能够输出质量流率统计数据、速度统计数据、物料分层统计数据等，对于结构体只能够直接输出磨损数据。

      EDEM后处理可输出接触、碰撞、颗粒、几何体、Bond这五大类数据，从颗粒的质量、粒径到速度、加速度、受力，从颗粒间的接触、碰撞到几何体的受力、磨损，涵盖了仿真模型中的所有要素，用户可根据需求选择输出。

图7  EDEMBulkSim后处理数据输出界面

图8  EDEM后处理数据输出界面

6、二次开发功能

      EDEM的API二次开发接口是倍受用户欢迎的功能之一。采用C++语言，可以实现自定义颗粒/结构体属性、自定义复杂接触模型、自定义颗粒体积力、单向场耦合、自定义颗粒生成方式等诸多实用功能。API二次开发接口让EDEM有能力适用于各类非典型的复杂颗粒问题。

      EDEM BulkSim没有此功能。

7、多学科耦合接口

      EDEM耦合接口模块可实现：a)单向场耦合：结合API功能，将电场、磁场、流场等外部数据导入EDEM中，实现不同场对颗粒的作用力；b)双向耦合：多学科仿真接口，可实现EDEM与其他软件的双向数据传递，包括EDEM与计算流体力学仿真软件Fluent、OpenFOAM耦合用于诸如输送设备中粉尘控制、气力输送、喷动床、旋转床、高炉加热等涉及流固曳力、传热、传质等复杂颗粒多相流工况的模拟；与有限元软件Abaqus等协同仿真，可将EDEM计算得到的设备受到的真实载荷传输到有限元软件中做进一步的强度分析；与多体动力学仿真软件Adams、Recurdyn等耦合计算散料与设备间的相互作用。

      EDEM BulkSim没有此功能。

图9  EDEM多学科耦合仿真应用

四、产品服务及技术支持 

      目前，EDEM与EDEM BulkSim在国内由两家公司分别代理。其中北京合工仿真技术有限公司是EDEM软件产品及服务在中国大陆区域内唯一指定技术服务商和软件开发合作伙伴。合工仿真拥有多年致力于技术研发与工程应用的技术团队，在颗粒物料仿真技术、颗粒多相流仿真技术、颗粒-多体动力学仿真技术、颗粒-结构力学仿真技术等多学科联合仿真计算等技术领域拥有殷厚的技术积累。

      合工仿真本着用户至上原则，除标准的技术支持以外，还通过多种方式为国内EDEM软件用户提供更加丰富的技术服务。

01、定期于优酷网站，哔哩哔哩网站发布EDEM视频教程；

02、每半年举办一次系列线下培训课程：EDEM基础培训、EDEM-CFD耦合培训、EDEM-API开发培训等；

03、每年举办两场以上线下技术研讨会，邀请行业专家作报告，打造行业交流平台；

04、坚持每周四晚8:00 - 9:00，通过YY直播平台—合共仿真直播室频道ID（85910218）为所有用户提供技术答疑，并不定期分享EDEM软件最新技术动态或邀请专家介绍相关行业应用情况；

05、线上技术咨询与服务平台：合工仿真—颗粒离散元QQ群，群号805745446。

优酷网站链接：

http://list.youku.com/albumlist/show/id_52256526

哔哩哔哩网站链接：

https://space.bilibili.com/443790663/channel/detail?cid=84746

合工仿真简介

      在智能制造、自主创新、环境保护等时代强音的交汇之下，如何更好地实现工业产品功能，并不断提升性能、可靠性，以及在生产制造各环节应对节能减排、提质增效以及安全性、智能化等要求，是中国工业界面临的重大课题，也是工业仿真技术贡献价值的主要阵地。

      北京合工仿真技术有限公司致力于汇聚具备竞争力的专家人才、软硬件工具、知识与智力资产，同时不断探索仿真与云计算、机器学习、工业互联网技术的融合，为工业用户提供面向垂直应用的仿真与研发创新解决方案。目前，合工平台已建立了学科建制完备的专家工作室，所有核心成员均具备10年以上的工业仿真及工程服务项目经验；同时，合工集结了流体力学、颗粒力学、系统仿真、结构力学与NVH等各个学科的仿真工具软件，并在氢能、汽车、工程机械、农业机械、流体机械、国防军工等领域具备工程化、专业化、一体化以及仿真-试验协同的方案规划与实施、建设能力。

     全体合工人整装待发，已准备好为贵单位提供行业领先的技术、产品以及诚挚、高效的服务。期待携手奋进，共创无限可能！