Development of a FE-DEM analysis with element transfer function and its application to contact problems in terramechanics

开发具有单元传递函数的 FE-DEM 分析及其在土地力学接触问题中的应用

• 批准号: 23580359
• 负责人: NAKASHIMA Hiroshi
• 金额: $ 3.41万
• 依托单位: Kyoto University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• 财政年份: 2011
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2011 至 2013
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-23580359/
• 关键词: シミュレーション工学; テラメカニックス; GPU; 有限要素法; 離散要素法; 要素変換; けん引性能; 農用タイヤ

The discrete element method (DEM) has become popular as a numerical tool to analyze the contact problems between off-road terrain and running devices or working tools of off-road vehicles. However, DEM analysis using the elements of real soil particles has not yet been realized, since DEM is based on the computation of contact judgment and contact reaction for all elements in the analysis. To realize the above-mentioned contact analysis, an approach such as FE-DEM analysis has been proposed by our group. In this study, a new idea of transferring elements between DEM and FEM is proposed so that the total number of necessary DEM elements around contact area can be reduced. A simple example of traction performance analysis of an agricultural tire was demonstrated by FE-DEM with the proposed element transfer function. The result of the analysis showed that the elapsed time of computation could be reduced to about 29 times smaller than the conventional FE-DEM with sufficient accuracy.

离散单元法(DEM)作为一种分析非道路地形与越野车辆行驶装置或作业工具之间接触问题的数值工具，已成为一种流行的数值工具。然而，由于DEM是基于分析中所有单元的接触判断和接触反应的计算，所以目前还没有实现利用真实的土壤颗粒单元进行DEM分析。为了实现上述接触分析，本课题组提出了有限元-离散元分析等方法。本文提出了一种在DEM和有限元之间传递元素的新思路，以减少接触区域周围所需的DEM元素的总数。利用所提出的单元传递函数，用有限元-离散元方法分析了某农用轮胎的牵引性能。分析结果表明，在保证计算精度的前提下，该方法的计算时间可比常规有限元方法减少约29倍。

项目成果

Calibration of model parameters in 2D DEM for soil-grouser system

土壤-履带齿系统二维 DEM 模型参数标定

• 发表时间: 2013
• 作者: H. Nakashima;T. Yoshida;X.L. Wang;H. Shimizu;J. Miyasaka;K. Ohdoi
• 通讯作者: K. Ohdoi

Effect of elemental shape on cutting resistance in DEM analysis of soil-blade system

土壤刀片系统 DEM 分析中元素形状对切削阻力的影响

• 发表时间: 2012
• 作者: I. Ono;H. Nakashima;H. Shimizu;J. Miyasaka;K. Ohdoi
• 通讯作者: K. Ohdoi

３次元離散要素法による乾燥砂を用いた平刃切削の抵抗力シミュレーション-計算における粒子形状の影響について-

使用三维离散元法进行干砂平刃切削阻力模拟 - 关于颗粒形状对计算的影响 -

• 作者: I. Ono;H. Nakashima;H. Shimizu;J. Miyasaka;K. Ohdoi;小野育也,中嶋洋,清水浩,宮坂寿郎,大土井克明;中嶋洋,吉田泰基,王秀崙,清水浩,宮坂寿郎,大土井克明;小野智美,中嶋洋,清水浩,宮坂寿郎,大土井克明;中嶋洋,王秀崙,吉田泰基,清水浩,宮坂寿郎,大土井克明;小野智美;中嶋 洋;吉田泰基;中嶋 洋;西山健太;Hiroshi Nakashima;小野育也
• 通讯作者: 小野育也

離散要素法と有限要素法の要素変換解析の試み—予報:物理量の対応

离散元法与有限元法的元变换分析尝试——预测：物理量的对应关系

• 发表时间: 2013
• 作者: H. Nakashima;T. Yoshida;X.L. Wang;H. Shimizu;J. Miyasaka;K. Ohdoi;中嶋洋,吉田泰基,清水浩,宮坂寿郎,大土井克明
• 通讯作者: 中嶋洋,吉田泰基,清水浩,宮坂寿郎,大土井克明

タイヤ空気圧のけん引性能への影響について

关于轮胎气压对牵引性能的影响

• 作者: I. Ono;H. Nakashima;H. Shimizu;J. Miyasaka;K. Ohdoi;小野育也,中嶋洋,清水浩,宮坂寿郎,大土井克明;中嶋洋,吉田泰基,王秀崙,清水浩,宮坂寿郎,大土井克明;小野智美,中嶋洋,清水浩,宮坂寿郎,大土井克明;中嶋洋,王秀崙,吉田泰基,清水浩,宮坂寿郎,大土井克明;小野智美;中嶋 洋;吉田泰基;中嶋 洋;西山健太
• 通讯作者: 西山健太