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현재 다양한 DEM 상용 소프트웨어가 개발되어져 있고 사용되고 있다. 그러나 대부분의 DEM 소프트웨어의 입자는 구형 입자를 사용하고 있다. 구형 입자를 사용하여 시뮬레이션 할 경우 입자와 입자가 만나는 접점만을 계산하기 때문에 시뮬레이션의 속도가 매우 빠르다는 장점이 있다. 하지만 마찰력과 구름저항이 제대로 고려되지 못하여 시뮬레이션 결과의 정확도가 떨어진다.
아래 그림을 보면 모든 시뮬레이션의 조건을 같게하고 그림1은 구형입자, 그림2는 비구형입자를 구현 서로 입자의 종류만 다르게 하여 시뮬레이션한 결과이다. 결과를 보면 확연하게 시뮬레이션 결과가 다르다는 것을 확인할 수 있다.
이러한 구형 입자의 약점을 보완하고자 아래 그림3과 같이 Glued spheres 방법을 사용하고 있지만 이 역시 마찰력이 제대로 계산되지 않아 정확도가 떨어지는 문제가 있다.
이러한 문제를 보완하고자 Rocky DEM에서는 Glued spheres 방식이 아닌 실제 비구형 입자를 구현하여 시뮬레이션을 하고 있다. 아래 그림4는 Rocky DEM 소프트웨어 내에서 제공하는 입자 형태들이다.
그림4와 같이 Rocky DEM에서는 구형입자외에 6가지의 비구형입자를 제공하고 있으며 각 입자들에 대해 Parameter를 변경하여 다양한 입자를 구현할 수 있다. 그림5는 그림4의 입자에 대해 Parameter를 변경하여 만든 입자들이며 이뿐만 아니라 더 다양한 입자 생성이 가능하다.
예를 들어 Potato를 구현 해보고자 한다면 그림6과 같이 Aspect Ratio, Smoothness, Number of Coners, Superquadric Degree만 조정하여 그림7과 같이 구현할 수 있다. 뿐만 아니라 Preview 기능을 제공함으로써 Parameter 조정시 내가 원하는 모양으로 구현되고 있는지 확인이 가능하다.
여기까지 Rocky DEM에서 기본으로 제공는 Particle shape에 대해 알아보았다. 하지만 Rocky DEM에서는 이뿐만 아니라 다른 방법으로 Solid particle을 사용할 수 있다.
첫번째 방법은 3d CAD를 이용하는 방법이다. 솔리드웍스, CATIA 등 다양한 3d CAD 소프트웨어를 사용하여 원하는 입자 모양을 그린 후 stl 파일로 저장하여 Rocky DEM에서 Import하여 사용하면 된다.
두번째 방법은 3d 스캐너를 사용하는 방법이다. 3d 스캐너를 이용하여 사용하고자 하는 재료를 스캔하면 이 역시 Rocky DEM에서 사용이 가능하다.
-맺음말-
이번 자료에서는 Rocky DEM의 Solid particle에 대해 알아보았다. 비구형입자를 사용할 경우 구형입자를 사용한 결과보다 정확성이 매우 높아지지만 계산량이 구형입자보다 많아지기 때문에 계산속도가 느려진다는 단점이 있다. Rocky DEM은 이런 단점을 보완하고자 DEM 소프트웨어 최초로 Multi-GPU 사용을 가능하게 하여 단점을 보완하였다. 정확한 계산을 하고자 한다면 Rocky DEM을 사용해보길 바랍니다.