MatDEM5.0挖掘机挖土和装车数值模拟|第十次培训案例

    MatDEM5.0版增加了三角面单元，可构建复杂三维几何结构，结合运动控制工具，以模拟机械结构与土体的相互作用，例如：月球车轮壤作用，机械挖掘和搅拌等。

    在第十次“离散元法与MatDEM技术培训”中，将分享user_TriDig案例。如以下动图所示，该案例模拟了挖掘机挖土和装车过程。采用笔记本电脑（2060显卡），计算耗时约100分钟，模拟真实世界4秒钟。

图1 挖掘机挖土和装车过程模拟（颜色代表半径）

    与常规的案例相同，该案例包括三个命令文件，分别实现颗粒堆积，切割模型和赋材料，以及数值模拟。图2为通过颗粒堆积得到的块体，以及切割得到的半球状堆积体，对其赋以常规的土体力学性质。

图2 颗粒快速堆积（左）；切割出半球体（右）

图3 初始几何模型

图4 堆积体的力链分布（颜色代表受力）

MatDEM5.0版升级了组件运动控制，能自由快速地控制组件平动和转动；通过母子关系定义，可快速实现复杂多轴运动，如行星搅拌（见2024年培训）。采用系统内置的扭矩计算和伺服机制，支撑轮壤作用仿真。对于复杂的机械与岩土作用分析，可与第三方多体动力学软件进行联合仿真。

图5 系统输出铲斗的运动信息（左）和轨迹（右）

通过MatDEM数值模拟，可获得各个组件的受力变化，扭矩和能量变化等各类信息，为相关设计和制造优化提供重要依据。通过二次开发，可自主增加复杂功能。

图6 边界受力变化曲线（左）和能量转化曲线（右）

MatDEM提供了强大的后处理功能，图7给出了模拟土体中的热量分布（摩擦生热）。图8为挖掘过程中单元速度场图。以上图件和动画均由MatDEM自动生成。软件和系统教程可至官网自由下载http://matdem.com。交流答疑QQ群为：668903775（3000人已满），601890478

图7 土体热量分布（主要为摩擦生热）

图8 挖掘过程中的土体速度场（暖色代表运动速度快）

第十次离散元法与MatDEM技术培训详情请见：第十次离散元法与MatDEM技术培训一号通知

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