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技術コラム

【粉体】Vol19. DEMを用いた粉のシミュレーション：安息角を用いたパラメータ調整②

2023年04月06日

粉体シミュレーションにおける物性値

シミュレーションを用いて現象を再現する上で、物性値の入力が必要となります。もちろん、粉体のシミュレーションでも必要となるものですが、計測した値をそのまま入力値とできないことが多いのです…
そこで、今回は物性値のお話の第二弾として、代表的な物性値の設定方法について解説していきます！

粉体シミュレーションの物性値設定ではチューニングが必要

粉体の物性として、単一粒子の性質を表す一次物性と、集合体としての性質を表す二次物性に分けることができます。また、粉体シミュレーションでの入力値は一次物性が多く、計測が困難なパラメータもあります。
詳細についてはこちらの記事をご参照ください。

計測値の取得が困難で直接入力できないような値の場合、計測された値に合うようにパラメータをチューニングするという方法を取ります。繰り返しシミュレーションを行っていき、結果が近くなるように調整を行っていきます。最終的に、目標値が得られた際の設定値を物性値として採用するということになります。

調整例①：安息角

具体的に用いられている方法の一つ目として、安息角による合わせこみをご紹介します。
実験として得られる角度と、類似体系をシミュレーションした際に得られる角度を比較していき、最終的に類似角度となった際の設定値を粉体のパラメータとして採用します。
粉体の流動性・付着性に関連するパラメータを調整することにより角度を変更し、パラメータを特定していきます。

調整例②：かさ密度

パラメータの合わせこみに用いられる方法の二つ目として、かさ密度による合わせこみをご紹介します。
こちらも安息角と同様、実験として得られる密度と、類似体系をシミュレーションした際に得られる密度を比較していき、最終的に類似の密度となった際の設定値を粉体のパラメータとして採用します。この時、ゆるめかさ密度を取得しているのか、かためかさ密度を取得しているのかによってシミュレーション体系も異なることに注意が必要です。

さいごに

今回は粉体シミュレーションにおける物性値の設定手法について解説しました。
シミュレーションの入力値の中でも計測が難しい値はチューニングすることにより値を決定していくことになります。例として、安息角やかさ密度が合うようにチューニングする方法をご紹介しました。実際に粉体シミュレーションを扱う際の手順の一つをご紹介しましたが、イメージを持ってもらえたでしょうか。
次回はシミュレーションにおいて重要な要素の一つである「時間」についてご紹介したいと思います。次回もお楽しみに！

[From S. Kato]

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