FPM-DEM膜-颗粒耦合算法

无漏检无重复接触搜索

提出增强点对面接触搜索算法，克服传统投影法在膜-颗粒耦合模拟中颗粒漏检或重复计数问题，实现膜结构与颗粒系统的高精度耦合分析。

Zheng, Yanfeng · Yiyang, Su · Siyuan, Li · Zhang, J. Y. · Yang, Chao · Luo, Yaozhi

Engineering Structures 2025

技术优势

不遗漏颗粒

通过划定每个膜单元的控制范围，确保落入其中的颗粒都能被检测到，避免传统投影法因投影点越界而导致的漏检。

算例已验证

通过一个验证测试证明了增强接触搜索算法的有效性，并给出了矩形膜结构受下落颗粒作用的数值算例，表明方法可用于实际分析。

应用场景

• 膜结构抗袋子化设计：在膜结构设计中评估颗粒荷载引起的袋子化效应，防止局部过度变形和破坏。
• 颗粒冲击模拟：模拟沙粒、雪粒或冰雹等对膜面的冲击过程，获取接触力与动力响应。
• 颗粒材料力学仿真：采用DEM刻画颗粒系统力学行为，计算颗粒间接触力并在耦合分析中传递。
• 离散元-有限元耦合分析：为DEM与FPM（类有限元法）耦合提供稳健的界面接触搜索与力传递方案。
• 工程结构数值模拟：为膜结构这类柔性工程结构在颗粒环境下的数值模拟提供有效的分析工具。