【粉体】Vol.8　DEMを用いた粉のシミュレーション

2022年01月20日

はじめに：DEMとは？

近年、様々な分野でシミュレーションが行われることが増えてきました。
その中で、本シリーズでは粉のシミュレーションについて詳しく紹介していきたいと思います。

粉のシミュレーション方法の中で、離散要素法【discrete element method：DEM】は世界的に広く用いられている手法の一つです。DEMの考え方はとてもシンプルで、粒子一粒の動きを模擬することでその集合体である粉全体の挙動を表現するというものです。したがって、計算は粒子一つひとつの動きに対して行われています。

ということで、今回はDEMで考慮されている一つの粒子の動きに焦点を当てて解説していきたいと思います。

粉の動き

粉の動きは「並進運動」と「回転運動」の2つに分けられます。
反対に、粉の動きはこの2つの運動の組み合わせのみであらわすことができます。

・並進運動
並進運動は以下のような形であらわされます。

はたらく力（力の項の内容）は「重力」、粉同士の「接触力」、「付着力」、流体を考慮する時は「流体抗力」等の様々な力を考慮しますが、扱う力の種類が増えた場合でも右辺に足しあわされるのみで、式の形が大きく変化するわけではありません。

・回転運動
回転運動は以下のような形であらわされます。

はたらく力は「接触トルク」や「回転抵抗トルク」等を考慮しますが、並進運動と同様に右辺に足しあわされる形で表現し、式の形は大きく変化しません。

ちょこっとメモ：本当に並進運動と回転運動だけ？

実際の粉体プロセスの中では粉体の「変形」も含まれます。圧粉プロセスや粉砕プロセスで必要となる粒子の動きとなりますが、DEMにおいては粒子が変形しない「剛体粒子」が仮定されているため、並進と回転のみを考慮するものとなっています。

このように、DEMでの基本的な考え方は粒子一つひとつの並進と回転をシンプルな式で計算するというものでした。
次回は粒子にはたらく力の一つ【接触力】についてお話します。次回をお楽しみに！

[From S. Kato]

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