[Ansys Rocky Vol17] 알갱이들의 움직임을 예측하는 DEM이란?

DEM(Discrete Element Method)은 입자와 입자 경계 사이의 상호 작용을 시뮬레이션 하는데 사용되는 수치 기법으로 현재 광업, 농업, 제약, 석유, 공정 등 다양한 분야에서 활용되어지고 있습니다.

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1. DEM 이란?

DEM 이란 개별요소법(Discrete element method) 으로 수치 기법을 사용하여 입자와 입자, 입자와 경계 사이의 상호작용을 시뮬레이션 한다. DEM은 연속체(용액이나 고체 덩어리)가 아닌, 입자 하나하나를 개별적으로 계산하는데 이를 통해 모래, 자갈, 가루(분체) 등의 거동을 정확히 계산할 수 있다.

2. DEM의 계산 방법

   1. 입자 및 형상 정의 : 해석에 사용할 입자의 크기, 모양, 무게, 탄성 등과 형상을 설정한다.

   2. 힘의 계산 : 뉴턴의 제2법칙(F=ma)을 기반으로, 입자가 이동하면서 다른 입자나 벽면과 충돌할 때 발생하는 힘을 계산한다.

   3. 접촉 모델 : 입자들이 서로 닿았을 때 튕겨 나가는 정도(반발력), 미끄러지는 정도(마찰력), 달라붙는 정도(점착력) 등을 물리 법칙에 따라 적용한다.

   4. 시간 반복 : 아주 짧은 시간동안의 변화를 수백만 번 반복 계산하여 전체적이 입자의 거동을 확인한다.

      
      

3. DEM을 사용해야 하는 이유?

   1. 불연속성 : DEM은 기존의 FEM등과 같이 연속체가 아닌 불연속체로 알갱이들이 서로 떨어져 있거나 자유롭게 흩어지는 현상을 계산할 수 있다.

   2. 파괴 : 암석이나 알약과 같은 입자가 파괴되는 것을 계산할 수 있다.

      
      

4. DEM 활용 분야

   1. 건설 및 토목 : 흙의 전단 파괴, 터널 굴착 시 지반 거동 분석

   2. 제약 및 화학 : 알약 가루를 혼합하거나 코팅하는 공정 최적

   3. 농업 : 곡물 저장고에서 곡물이 배출될 때 막히는 현상 분석

   4. 식품 공학 : 커피 원두가 그라인더에서 분쇄되는 과정이나 시리얼 포장 공정 설계