EDEM BulkSim是世界上第一个用现代化离散元模型科技设计的用来模拟和分析颗粒处理和生产操作的通用CAE软件。使用EDEM BulkSim，可以快速、简便的为我们的颗粒固体系统建立一个参数化的模型，可以通过导入真实颗粒的CAD模型来准确描述它们的形状，通过添加力学性质、物料性质和其它物理性质来建立颗粒模型，并且在处理过程中，可以把产生的数据储存在相应的数据库中。

1 EDEM BulkSim 仿真技术理论基础

EDEM BulkSim仿真技术的理论基础是牛顿第二运动定律和颗粒间的接触模型。

颗粒的运动方程包括平移运动和转动，其控制方程基于牛顿第二定律：

其中Ft为切向合力，主要包括接触切向力Fc和转动摩擦力Fr两部分。

确定颗粒间作用力的颗粒间接触模型主要分为三大类：线性模型、非线性模型和非线性滞后模型。EDEM BulkSim采用如图1所示的线性“弹簧-阻尼器-摩擦板”模型进行模拟。方程(1)中的法向接触力由Hertz理论确定，包括接触弹力和法向阻尼力；方程(2)中的切向力根据Mindlin and Dereciewicz理论加以确定，包括切应力和切向阻尼力。

阻尼系数β与恢复系数e有关，法向刚度Sn是法向重叠量的函数，切向刚度Sc不仅取决于法向重叠量，还与切向力加载历史有关，为了简化计算，这里假定它只是法向重叠量的函数，计算公式如下：

2 EDEM BulkSim 仿真设计步骤

为了正确的评估设备的性能，我们采用了下列方法：

1）对现场物料料性进行测试后，我公司对仿真中使用的物料模型参数进行校准，以代表实际物料的流动；

2）使用校准的物料模型对转运站进行模拟；

3）对仿真结果进行分析。

2.1 物料校准模型

EDEM BulkSim的物料模型校准是最基本的要求，它使得工程师能够自信地根据模拟结果做出设计决定。它使真实世界中物料在工业环境中的流动行为和模拟结果等价联系起来。

EDEM BulkSim物料模型校准概况

一个EDEM BulkSim物料模型包括：

1）颗粒形状和尺寸分布；

2）选择合适的颗粒接触模型，包括凝聚和粘附的影响；

3）根据合适的物理实验结果来修正BulkSim的输入量。

一个EDEM BulkSim物料模型的组成部分

为了确定EDEM BulkSim物料模型必要的输入参数，我们在EDEM BulkSim软件中重新模拟真实的物理测试，对物料的流动行为采用同样的测量方法并进行比较。由于使用了先进的计算方法和优化算法，保证物料流动行为的EDEM BulkSim物料模型参数被不断调整直到模拟测试和物理测试之间达到足够精确的水平。这种方法使得物料模型的校准能够在相对较短的时间内完成，并适用于可行性研究和概念性/最终性设计。

BULKSIM物料模型校准方法

校准过程的输出结果是一个EDEM BulkSim物料模型，它能够被自信的应用于原尺寸模型的DEM模拟，如上图所示。

2.2 EDEM BulkSim 物料模型校准需要的信息

选择合适的物理测试实验对确保物料的准确性至关重要。我们使用动态性能测试对物料料性进行测量，而非传统的“半静态”测试。

动态性能测试的一些例子：作图为物理测试，右图为仿真测试。

测试的目的即观察和测量物料的流动行为以及物料和设备之间接触行为。合适的测试时不断摸索出来的，直到关注区域内的物料流动行为被准确测量。

我司擅长对运行中的矿山和处理中的铁矿石和煤炭进行物理测试和流动行为的测量，确保从矿场或者类似的矿场得到的测试样品的物流，为我司全球的客户提供物料模型校准服务。

最基本的物料信息为：

1）现场物料的尺寸分布；

2）现场物料堆密度；

3）现场物料的安息角；

4）现场物料的图片；

5）现场物料的流动视频。

依据物料测试的数据，在EDEM BulkSim中进行仿真测试，经过大量的参数选择过程，确定校准的物料模型参数。

动态塌落试验校准EDEM BulkSim物料模型的例子

3 软件模块介绍

上图所示，EDEM BulkSim软件分为4大模块：模型创建模块、仿真求解模块、仿真分析模块以及物料模型模块。下文将详细介绍各大模块：

3.1 模型创建模块 BulkSim Creator

在模型创建模块（Creator）中，用户可以导入设备的几何模型，设置各个部件的材料及运动，选择系统输送的物料，设置输运系统的输运能力。

1）支持所有3D-CAD软件，格式包括.step,.stp,.stl,.igs,.iges,.mesh，可以和您的设计过程无缝连接；

2）普通用户仅需选择物料模型即可，避免了DEM仿真最麻烦的一步：物料仿真参数的确定；

3）可以使用鼠标点选的方式定义皮带、滚筒的运动，如：选择运动反向只需选择运动方向的起点和终点即可；

4）输运能力只需输入吞吐量的大小即可。

EDEM BulkSim的CAD模型导入工具在很多方面有了质的提升。导入过程现在可以设置为略过清理操作。这缩短了导入时间、提升了导入过程的速度。其中“高质量网格”导入设置被大大增强，参数现在可以输入绝对值或百分值。

3.2 仿真求解模块 EDEM Simulator

仿真计算模块使用的是全球市场上最先进并且最高效的离散元求解器。它能够在多核共享内存的计算机上并行计算（通常为8-16核），在对大型、复杂的物料输运系统进行仿真时相对于其他可利用的商业代码更高效。

此外EDEM BulkSim仿真代码不仅被全球270多家科研单位和高校使用，准确性经过了10多年的验证；而且DEM Solutions和全球的工作合作伙伴一起一直在实际的工程中使用实际项目来验证程序的准确性。

离散元仿真时间较有限元更长，因此仿真过程中随时查看仿真结果就显得尤为重要。如果只有等结算结束之后才能观察结果，仿真结果不正确的情况下白白浪费了大量时间。这一点对于大型复杂项目更为重要！

3.3 仿真分析模块 BulkSim Analyst

仿真分析模块专门针对转运站的设计提供了一系列的后处理工具，能够对设计性能进行全方面的评估。包括：

1）物料根据运动速度-质量、转动惯量、粒度大小、势能等进行着色；

2）速度感应器-方便的监测任何一个位置物料的速度；

3）质量感应器-方便的监测任何一个位置物料的质量；

4）质量流量感应器-方便的监测任何一个位置流经的物料质量流量；

5）磨损分析-直观展示设备的磨损分布区域、磨损类型（切向摩擦、法向冲击）；

6）分离感应器-方便的监测任何一个位置是否发生小块物料下沉的现象；

7）切割工具-更加方便的观察任何一个位置的物料流动现象、设备的磨损现象；

8）数据导出-以上所有类型感应器监测到的数据均可以导出成excel表格，进行精确分析，图表展示；

9）录制视频-流动情况、磨损情况均可以用视频展示。

识别问题区域，如高磨损

检验转运站所有部位的物料流动行为

使用自带的感应器定量评估设备的性能

3.4 物料模型模块 EDEM Material modeler

本模块可作为一个独立软件操作，普通的设计工程师并不需要使用物料模型模块，仅仅需要从物料模型数据库中选择即可。但经验丰富或者总工程师可以单独操作本模块，确定物料的准确信息供普通工程师调取。

物料模型是任何一个离散元仿真的核心。它是任何一种真实物料（例如铁矿石）的数学描述。

EDEM物料模型包括两大部分：颗粒形状编辑器和物料参数编辑器。

在颗粒形状编辑器中，用户可以定义用于代表真实物料的基础形状。生成物料形状之后，这些形状会保存在用户库中，用户可以将这些形状分配给不同的物料模型，不需要会每一种新的物料不断绘制新的形状。

物料模型编辑器中，用户可以从他们的用户库中选择所需的颗粒形状，定义组成物料的尺寸分布，选择物料-物料、物料-设备之间的接触模型，计算物料与设备之间磨损的选项。

完成这些设置之后，用户可以将物料模型存储在物料模型数据库中。