【粉体】Vol13. DEMを用いた粉のシミュレーション：計算フロー

2022年07月07日

粒子へはたらく力と接触判定

DEMの計算において、粒子が接触しているときに考慮する力、接触していないときに考慮する力があることや、接触しているかの判定を行っていることをこれまでのコラムの中でお話してきました。これまでは各トピックについての解説でしたが、それらがDEMの解析の中でどのような立ち位置か、どのように組み合わさって計算されているかについてはまだまとめていませんでした。DEMの基本的な解析の流れとしてはこれまで解説してきた材料の組み合わせとなりますので、今回はDEM計算の全体的なフローについて小まとめとして解説していこうと思います！

DEMの計算フロー

全体的なDEMの計算フローは下記のようなフローチャートで書くことができます。
ある粒子に着目し、着目粒子の接触力の計算・外力の計算を行います。この計算を別粒子に着目して行っていき、全粒子について同じ計算を行っていきます。計算された力を参照して、運動方程式に従って粒子位置や速度等の粒子情報を更新します。その後、今度は時間ステップを一つ進めて同じ計算を繰り返していきます。
つまり、粒子の計算を粒子数分繰り返し、さらに時間ステップ分繰り返すという構造になっています。

計算フローと計算時間

このように、DEMの計算においては粒子数分の繰り返しと、時間ステップ分の繰り返しが行われています。また、計算時間について考えてみると、計算回数が多ければ多いほど時間がかかってしまいます。したがって、この繰り返し回数が多いほど計算時間が長くかかってしまうという構造になっているので。粒子数と時間ステップが計算時間と深く関係しているということになります。

なお、その他にも接触判定にかかる時間（粒子径差が大きいほど時間がかかる）、流体との連成を行う際には流体側の設定（グリッド数等）も無視できない影響となります。これらを総合して、計算時間は1ステップあたりの計算時間とその計算回数によって計算時間が決定されるということになります。

さいごに

今回は小まとめ回としてこれまで解説してきたものがDEMの計算でどのような立ち位置になっているかについて解説しました。
次回はDEMを用いてどのような評価ができるかの結果処理についてご紹介したいと思います。次回をお楽しみに！

[From S. Kato]

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