简介这是一份面向离散元方法DEM模拟初学者与工程应用人员的索引型学习资料围绕 Rocky 4.3 版本梳理工作坊全部主题帮助读者建立从软件设置、处理流程到多物理场耦合的完整认知框架。全文以 Rocky Setup and Processing、ANSYS Product Integration、Rocky Post-Processing 三大模块为线索覆盖新材料添加、边界域设定、接触数据管理、仿真时间延长与结果删除、颗粒数量估算、周期性边界、项目归档与恢复等基础操作也包含与 Fluent、Mechanical、SpaceClaim、Workbench 的参数化集成及 1-way、2-way CFD-DEM、DEM-FEA 耦合要点并标注了 DEM-LBM 耦合、高压磨辊磨损与断裂、锥形干燥器热建模、锥形破碎机破损、平板涂布、斗式输送机、休止角与卸料验证、振动筛分、SAG 磨机能量谱、落锤 AB-T10 破碎标定、粗粒模型等专题所需的 Professional/Academic、高算力与 ANSYS 许可条件便于读者按图索骥安排学习顺序。资源包为单个 171KB 的 PDF 文件共 1 个文件体积轻量、便于随时查阅已有 315 人学习。1. 一份 workshop_00_Index.pdf 能省掉的试错Rocky 4.3 培训索引在讲什么拿到 Rocky 4.3 的培训资料包目录里通常没有先做哪个的提示只有一摞 workshop_01、workshop_02 之类的文件夹外加这份 workshop_00_Index.pdf。很多人的第一反应是点开编号最大的案例结果卡在几何导入或者耦合设置上回头翻索引才发现难度、前置案例、用到的模块早就写清楚了。索引不参与任何计算却决定了你按什么顺序把 DEM 这条链路走通。这里的 Rocky 4.3 指离散元仿真软件 Rocky 的 4.3 版本用来算颗粒物料的流动、混合、输送、破碎和设备受力。搜Rocky 4.3会大量混进 Rocky Linux 的镜像下载、静态 IP 配置、Zabbix 安装之类内容那是操作系统发行版和这份 workshop 索引不是一回事两边手册别混着看。索引 PDF 里一般包含案例编号与主题、涉及模块Conveyor、CFD 耦合、多体动力学耦合、前置条件、输入文件清单以及每个案例大致要动哪些参数。适合读它的人有三类第一次接触 DEM 的工艺与设备工程师要给部门做内训、需要一份可信课程表的人以及想把十几个案例批量复现跑出对比报告的人。先把它读成一张可勾选的表再动手顺序错了后面每个案例都会重复踩同一个坑。2. 拆 Rocky 4.3 workshop 索引目录结构、环境与 PDF 解析索引给的是有哪些案例文件夹结构给的是每个案例由什么构成。两件事对齐之后你才知道哪个案例能直接跑、哪个需要先补几何也才知道结果该往哪里比对。这一章先把命名规则、环境清单和索引的机械化解析讲清楚后面才谈得上动手。2.1 从文件名规则读出 workshop 编号体系常见的编号方式是 workshop_00 作为索引页workshop_01 起每个编号一个独立案例编号顺序基本对应学习曲线单颗粒下落与碰撞 → 料仓卸料与堆积角 → 输送机与皮带 → 混合/破碎 → CFD 与多体动力学耦合。每个案例文件夹内部一般还会分成几类子目录弄明白它们各自装什么比死记编号有用。子目录典型内容打开方式input/几何文件STL、STEP、IGES、颗粒参数表、初始排布先在 CAD 里看一眼单位与坐标script/该案例配套的 Rocky API 脚本用于批量改参数文本编辑器 版本自带的 API 手册output/结果曲线、导出 CSV、截图、求解日志先看日志再看曲线doc/案例说明 PDF可能带逐步操作截图与索引对照阅读命名上还有一点值得注意有些资料包用 workshop_03_Conveyor 这种带主题后缀的写法有些只有纯数字。带主题后缀的可以直接从目录名判断模块依赖纯数字的就必须回到索引 PDF 去查这也是为什么先解析索引比先点开文件夹划算。2.2 运行环境与许可的最低检查清单DEM 案例跑不动十有八九不是参数问题而是环境问题。先过一遍下表能省掉大段无意义的排查时间。检查项期望状态不通过时的典型表现Rocky 版本与索引标注的 4.3.x 一致案例打开报模块缺失或属性不识别许可模块DEM 基础 索引里用到的 Conveyor / CFD 耦合模块均已授权打开案例后对应面板灰掉显卡与驱动求解器若走 GPU 加速驱动版本需满足要求自动退回 CPU速度慢一个量级磁盘余量单案例结果可能几十 GB求解中途写盘失败系统区域设置小数点用点号列表分隔符不要用逗号CSV 导入错列、参数读成字符串耦合软件版本CFD / 多体动力学软件的版本与 Rocky 支持的区间一致耦合初始化直接失败其中区域设置这一条最容易被忽略。DEM 里大量参数是小数参数表在中文系统下用逗号做分隔符导出再导回 Rocky 时整列错位报错信息还只提示参数无法识别非常难查。养成导出时统一用点号、分隔符用分号的习惯。提示先把许可和环境验完再打开任何案例。环境问题在求解第 3 秒才暴露出来比打开时暴露要多花好几倍时间。2.3 用 PDF 解析把索引变成可勾选的清单索引 PDF 大多是规整表格用 Python 直接抽成 CSV后续就能和本地文件夹、运行结果做自动比对。常见做法是 pdfplumber 抽表、正则校验编号、带 BOM 写出避免 Excel 打开乱码。import pdfplumber, re, csv rows [] with pdfplumber.open(workshop_00_Index.pdf) as pdf: for page in pdf.pages: # 有框线的表格直接抽无框线时改用 extract_text(layoutTrue) 再按列切 for table in page.extract_tables(): for row in table: cells [(c or ).replace(\n, ).strip() for c in row] if any(cells): rows.append(cells) # 用 workshop 编号做二次校验过滤表头与页眉页脚 pat re.compile(rworkshop[_ ]?(\d{2}), re.I) data [] for r in rows: m pat.search( | .join(r)) if m: data.append([m.group(1)] r) with open(workshop_index.csv, w, newline, encodingutf-8-sig) as f: csv.writer(f).writerows(data) print(len(data), 条案例记录)extract_tables()依赖 PDF 里的线条或对齐方式纯文字排版的索引会返回空列表此时换成page.extract_text(layoutTrue)再按固定列宽切分效果反而更好。encodingutf-8-sig是为了让 Excel 正确识别中文表头缺了 BOM 会看到乱码。正则里补零捕获的编号列正好可以直接和workshop_01、workshop_02这样的文件夹名做字符串匹配。2.4 索引清单与本地文件夹、输出结果的对应关系索引解析完接着确认本地资料是否完整以及哪些案例以前跑过。两条命令足够看清局面。# 1) 列出案例文件夹和 CSV 里的编号对照找缺失的案例 ls -d workshop_* | sort # 2) 看每个案例的结果目录大小非空说明以前跑过 du -sh workshop_*/output 2/dev/null | sort -hdu -sh输出的是人类可读单位sort -h按实际大小排序能一眼看出哪个案例的结果堆积最多。跑过的案例不必重跑但要注意它的配置可能已被上次实验改过配置文件和索引默认值不一致时以索引的原始参数为基准重新建一份副本再改这样对比才有意义。3. 按索引跑通第一个 Rocky DEM 案例几何、颗粒与接触模型索引里排在最前面的案例通常最干净单一几何、单一颗粒群、不涉及耦合。把它跑通的意义不在于结果多精确而在于把单位、颗粒生成、接触模型、时间步这四个环节各验证一遍。这四项任何一项错了后面所有案例的结果都不可信。3.1 几何导入后先做单位与坐标校验STL 文件本身不带单位导入后必须手动指定。判断依据是几何的包围盒尺寸一个实际高度 1 m 的料仓如果软件里显示 1000说明模型是按毫米建的而你把单位指定成了米。除了尺度还要确认几何是否封闭、法向是否正确——不封闭的几何会让颗粒从缝隙穿出去法向反了则会出现颗粒被吸进壁面的怪现象。用 trimesh 在跑仿真之前先做一次体检比在求解日志里找原因快得多。import trimesh m trimesh.load(workshop_02/input/hopper.stl) print(包围盒:, m.bounds) # 判断单位与整体尺寸 print(是否封闭:, m.is_watertight) # False 时颗粒可能穿透 print(体积:, m.volume) # 负值通常意味着法向朝内需要翻转三个输出各有明确判据包围盒尺寸与你对设备的认知对上说明单位选对了is_watertight为 False先回 CAD 补面不要指望靠加密网格补救体积为负值时翻转法向或统一修复重导出。这三步做完再导入 Rocky几何相关的报错基本可以排除。3.2 颗粒工厂粒径分布、生成速率与填充判断颗粒生成是 DEM 里第一个真正影响结果质量的设置。粒径分布、生成速率、生成区域、初始速度这几项决定了床层是自然堆积还是被挤出来的。参数含义常见起始值粒径分布正态或对数正态反映物料均匀性均值 5 mm标准差 10%生成速率每秒进入生成区的颗粒数按目标装料量与预计装料时间反推生成区域入口面或指定立方体区域略大于设备入口避免初始重叠初始速度生成时的初速度先取 0靠重力自然下落目标量按颗粒数还是按总质量控制优先按质量便于和实验称重对比一个实用的判断方法先只跑生成 静置看堆积体的孔隙率和堆积角是否落在物料手册的合理区间再开设备运动。如果生成区附近出现大量颗粒重叠说明生成速率过快颗粒在还没散开时就被后续颗粒压在一起求解器只能靠巨大的接触力把她们弹开结果是能量曲线一开始就出现尖峰。把速率降一半通常就能解决。3.3 接触模型与滚动摩擦的选型对照接触模型和滚动摩擦是 DEM 参数里最玄的部分因为她们没有实验手册直接可查需要按物料类型和颗粒形状来选。球体颗粒尤其需要滚动摩擦来抑制自转否则堆角会明显偏小。接触模型适用场景关键参数备注Hertz-Mindlin干颗粒、常规工况杨氏模量、泊松比、恢复系数默认选择先从这里起步Hysteretic Linear Spring希望时间步更稳定加载/卸载刚度阻尼表现好适合长时程Linear Spring教学案例、快速预览法向刚度计算最省精度换速度JKR / 线性粘附湿颗粒、细粉100 μm表面能从 0 开始逐步加不要一上来就给大值滚动摩擦 A/B/C 型抑制球体自转、修正堆角滚动摩擦系数球体物料必设多面体可放宽干砂、矿石这类散料静摩擦系数从 0.5 左右起滚动摩擦系数从 0.2 起恢复系数取 0.3~0.5。细粉因为比表面积大滚动摩擦要给到 0.3~0.5 才能堆住。颗粒与壁面之间的静摩擦通常比颗粒之间小一些取 0.4 左右比较常见。这些值都是起点而不是终点最终要靠堆积角、卸料流率这类可测指标去标定。注意滚动摩擦系数对结果的影响往往比弹性模量大得多调整时一次只动一个参数。3.4 时间步先算 Rayleigh 时间再谈跑多久DEM 的时间步不是随便填的它受 Rayleigh 时间约束。经验做法是取 Rayleigh 时间的 20% 作为时间步上限先把理论值算出来再决定要不要做刚度缩放。import math def rayleigh_time(R, rho, E, nu): R: 颗粒半径 m; rho: 密度 kg/m3; E: 杨氏模量 Pa; nu: 泊松比 G E / (2 * (1 nu)) return (math.pi * R * math.sqrt(rho / G)) / (0.1631 * nu 0.8766) R, rho, E, nu 5e-3, 2500, 1e7, 0.25 # 半径 5 mm 的砂粒 Tr rayleigh_time(R, rho, E, nu) print(fT_R {Tr*1e3:.3f} ms) # 约 0.428 ms print(fdt {0.20*Tr*1e6:.1f} us) # 约 85.6 us真实砂石的杨氏模量在 1e10 Pa 量级直接代入会得到极小的步长一个十秒的工况几乎跑不完。工程上的常见做法是刚度缩放把模量降到 1e7 甚至 1e6步长可以放大到几十倍只要最大重叠率控制在颗粒半径的 5% 以内宏观流动行为基本不受影响。反过来如果求解日志里最大重叠率长期超过 5%说明步长偏大或刚度偏低结果里的接触力已经失真这时候该做的是降步长或提刚度而不是继续加长物理时间。4. workshop 案例最容易翻车的参数怎么设、日志怎么看案例能跑起来不等于跑对了。这一章集中处理四类问题时间步与输出间隔的搭配、粘附参数的取值、能量与质量守恒的判读、以及报错日志的定位方法。她们共同的特点是出错时不会有明确报错只会在结果里留下难以察觉的偏差。4.1 时间步与输出间隔的搭配时间步决定求解精度输出间隔决定你能看到多少细节两者是独立的。常见错误是把输出间隔设成每一步存一帧一个旋转设备跑几分钟结果文件能涨到几百 GB而真正需要观察的宏观过程其实只需要几十帧。起步阶段的建议是先跑 0.1 s 物理时间输出 20~50 帧确认颗粒群整体行为正常稳定之后再拉长物理时间把输出间隔放大到能看清周期性波动为止。对于料仓卸料这类过程卸料后期的流率波动才是关注点前期的高密度输出意义不大。导出变量也要克制速度场、接触力场这些大数组只在需要做分析的时间点打开。4.2 粘附与湿颗粒参数JKR 表面能怎么起手索引里标注为湿颗粒或细粉的案例会用到 JKR 或线性粘附模型参数就是表面能。这个量在手册里查不到对应的散料值只能试。表面能量级表现适用描述0完全无粘性基准组先在这一档跑通0.01~0.05 J/m²轻微团聚堆角略增略潮的砂0.1~0.5 J/m²明显成团、结拱湿粉、含水物料 1 J/m²颗粒黏连成块运动迟滞强粘性物料需配合降步长操作顺序很关键先让表面能为 0 跑通整个流程确认几何、颗粒生成、时间步都正常再把表面能逐档加上去。一上来就给 0.5很可能得到一堆黏死的颗粒还分不清是参数不对还是时间步不够。加了粘附之后要重新核算步长粘性接触会让有效刚度下降步长的安全边界随之改变。4.3 能量曲线与质量守恒判断跑得对不对Rocky 的输出里一般能看到动能、势能、耗散能这几条曲线。判断求解是否健康看两件事总能量是否守恒在没有外部做功的情况下动能加势能加耗散能应保持恒定以及质量是否守恒进料量减去出料量应等于床层内的存量。import pandas as pd df pd.read_csv(workshop_03/output/energy.csv) E_total df[kinetic] df[potential] df[dissipated] drift (E_total.iloc[-1] - E_total.iloc[0]) / max(abs(E_total.iloc[0]), 1e-9) * 100 print(f总能量漂移: {drift:.3f}%) # 期望 1% 以内 print(f最大重叠率: {df[max_overlap_ratio].max():.4f}) # 期望 0.05 print(f质量偏差: {df[mass_in].iloc[-1] - df[mass_out].iloc[-1] - df[mass_bed].iloc[-1]:.4g})三个判据对应三类隐患总能量漂移过大通常是时间步偏大或接触刚度设定不合理最大重叠率超标说明颗粒被过度压缩接触力已经不可信质量偏差不为零且持续增大先查几何是否有孔洞导致颗粒漏出边界再查是否开了质量缩放之类的加速选项。提示把这三个量写进批量脚本的日志里每次运行自动打印一行比事后人工翻曲线可靠得多。4.4 报错日志与常见失败模式求解日志和结果表现能对应到具体的设置问题下面这张表是我自己排查时最常用的对照。现象可能原因处理方向颗粒穿出设备边界STL 不封闭、时间步过大补面降步长至 10% Rayleigh 时间求解极慢、进度条不动步长过小、颗粒数过多、粘附过强检查重叠率考虑刚度缩放能量曲线出现尖刺初始颗粒重叠、生成速率过快降低生成速率加预排布卸料流率明显偏大滚动摩擦未设或过小球体物料补设滚动摩擦耦合案例初始化失败耦合软件的版本或网格尺度不匹配先跑单向耦合网格尺度做到粒径的 2 倍以上结果文件异常巨大输出间隔过密、导出变量过多按 4.1 的策略重新设定其中耦合案例初始化失败最值得单独说。双向耦合里流体网格尺度如果和粒径相近孔隙率的传递会剧烈震荡求解器只能不断缩小时间步直到卡死。常规做法是让流体网格尺度至少为粒径的 2~3 倍并且先用单向耦合验证流场再打开双向交换。这个顺序在索引里通常也会标注只是很容易被跳过。5. 用 API 批量复现 Rocky 4.3 workshop 并做结果校验索引里十几个案例如果每个都手点一遍参数改动无法追溯对比也不成立。这一章说两个具体技巧用参数矩阵驱动批量运行以及用可解析的物理量做交叉校验。5.1 脚本骨架参数矩阵与独立输出目录批量运行的核心是配置外置 目录隔离。把要变的参数写成矩阵每次运行生成一个独立目录和一份 JSON 配置再交给启动脚本去驱动求解。import itertools, json, subprocess, pathlib matrix list(itertools.product( [hertz_mindlin, hysteretic], # 接触模型 [0.10, 0.20, 0.35], # 滚动摩擦系数 [0.5, 1.0], # 皮带速度倍率 )) for i, (model, mu_r, speed) in enumerate(matrix, 1): cfg {case: workshop_03, contact_model: model, rolling_friction: mu_r, speed_factor: speed, dt: 8.56e-5, output_interval: 0.01} run_dir pathlib.Path(fruns/run_{i:02d}) run_dir.mkdir(parentsTrue, exist_okTrue) (run_dir / config.json).write_text(json.dumps(cfg, indent2), encodingutf-8) # 批量模式启动命令名与参数以安装目录自带的帮助文档为准 subprocess.run([rocky, -b, apply_config.py, str(run_dir / config.json)], checkTrue)itertools.product直接把参数组合展开2×3×2 共 12 组命名和目录对应跑完不用猜哪份结果对应哪组参数。配置写进 JSON 而不是写死在脚本里是为了让apply_config.py这个 Rocky API 脚本保持通用它负责打开案例、按字段改参数、求解、把结果导出成 CSV具体字段名随版本有差异以软件内 Help 里的 API 参考为准。checkTrue让单次失败立刻抛异常终止避免后面的运行在错误的中间状态上继续。并发方面许可并发数决定了能并行几个求解一般串行更省心确实要并行也要保证 GPU 与磁盘 IO 不是瓶颈否则速度并不会成比例提升。5.2 交叉校验用解析解和前序案例卡住量级批量跑出来的结果最容易犯的错是看起来都能跑但彼此之间没有可比性。一个成本很低的校验办法是用解析解卡量级比如料仓卸料的质量流率可以用 Beverloo 型关系式估算流率大致正比于物料堆积密度、重力加速度的平方根以及出口直径减去一个与粒径相关的修正量的 2.5 次方。实际操作里不必纠结系数精确值只要看趋势是否合理出口直径放大一倍流率应该近似放大到 5 倍上下滚动摩擦从 0.1 调到 0.35堆角会明显增大但卸料流率的量级不应出现数倍变化。如果出现了这种跳变先回去看该组参数下的最大重叠率和能量漂移多半是数值问题而不是物理效应。另一个校验来源是索引里排在前面的简单案例。单颗粒碰撞案例可以用来标定恢复系数堆积角案例用来标定滚动摩擦用她们标出来的参数再去跑输送机或混合设备结果的物理可信度会高得多。我自己的习惯是把每个案例标定出的参数值和校验结论写回workshop_index.csv的备注列下次换人接手看表就知道哪个案例的哪个参数不能随意动。本文还有配套的精品资源点击获取