十沣科技TF-Particle通用无网格粒子类仿真软件

TF-Particle软件介绍

TF-Particle SOFTWARE INTRODUCTION

概述

TF-Particle采用无网格Lagrange粒子法，现已开发光滑粒子动力学模块(SPH)和离散单元模块(DEM)。相对于传统网格类方法(如有限元法、有限体积法和有限差分法)来说，TF-Particle既能精细捕捉界面扩散、物质掺混、结构大变形/裂纹扩展、材料破碎等复杂工程问题，又能显著降低网格剖分等前处理难度和工作量;TF-Particle直接采用GPU并行加速算法，具有优异的并行计算效率，可以在工作站环境下实现数亿至数十亿规模的粒子群高效并行计算。

TF-Particle适用于快速求解自由表面流、流固耦合、颗粒系统堆积/流动/压制、传热流、爆炸冲击、激光增材制造等复杂多相/多介质力学问题，可广泛应用于环境工程/城市应急/水利、船舶与海洋工程、航空航天、汽车/交通、先进制造/机械/化工等技术领域。

功能亮点

功能亮点1：丰富的应用场景

环境工程/应急/水利

山体滑坡、泥石流;高山雪崩

城市排污、内涝、应急评估

水库/堰塞湖：溃坝、泄洪

船舶/海洋工程

船舶/海洋平台：耐波性、水体冲击/上浪

船舶压水舱、LNG液体舱防晃设计

船舶倾覆、水下爆炸

近海防波堤设计、海面油污清理、应急评估

先进制造/机械/化工

焊接、金属增材制造

铸造、注塑

工业搅拌/掺混、润滑等

汽车/交通

汽车涉水、甩泥、雨刷性能分析

变速箱甩油、润滑、油箱晃动设计

结构碰撞、大变形分析

航空航天

飞机水上迫降、水上飞机设计

飞机撞鸟破损分析

飞机/火箭/航天器：燃料箱晃动设计

功能亮点2：先进算法和数值模型 - SPH模块

TF-Particle的SPH模块开发了核函数梯度修正模型，在保留传统SPH方法技术优点的同时，将数值格式精度提高至二阶，并可拓展至高阶(即DFPM，解耦有限粒子方法/模型)，从而获得光滑、准确的物理场分布特征。同时，TF-Particle通过粒子自适应方法，进一步提升数值计算结果的准确和精度;利用复杂边界处理算法和耗散处理模型，防止粒子出现非物理穿透和高频振荡，提升数值稳定性。

TF-Particle模拟金属喷涂和激光焊熔

TF-Particle模拟刚体下落过程

TF-Particle模拟颗粒沉降过程

功能亮点3：先进算法和数值模型 - DEM模块

TF-Particle的DEM模块为用户提供了多种颗粒间作用力模型，包括接触力、范德华力、液桥力、颗粒粘结模型及微细粘性颗粒刚度缩放方法;支持复杂几何形状颗粒;支持网格化壁面、基于球元结构的复杂几何边界等，可以指定任意复杂的边界运动;支持DEM-SPH-CFD等多种力学求解器耦合计算(包括GPU/CPU耦合并行)。

TF-Particle(DEM模块)采用弹性链球模型模拟弹性网结构

TF-Particle模拟颗粒群与弹性网结构相互作用及其过滤效果

功能亮点4：高效的GPU并行与无网格/Lagrange特性

TF-Particle的SPH模块和DEM模块，均直接采用GPU并行架构进行开发，并对邻域粒子搜索、存储、负载自适应平衡等核心算法进行优化，因而具有优异的GPU并行计算效率，能够轻松应对亿级、十亿级粒子群精细仿真。

TF-Particle的SPH、DEM模块均采用Lagrange描述，无需用户剖分离散网格，因此其前处理流程极度简化，易用性强;无网格约束，非常适用于模拟多体6DOF运动、大变形、多相界面等物理问题;GPU并行扩展性强，大规模并行计算效率高。

TF-Particle模拟爆炸冲击过程

TF-Particle模拟水流冲击过程

功能亮点5：完备的数据后处理与可视化功能

TF-Particle软件开发了比较完善的数据后处理与可视化功能，包括：基于初等函数和基本运算法则的自定义物理量、面积分、体积分等数据后处理与统计分析功能;绘制计算域/边界面形状(填充色)、物理量云图;绘制任意截面(切平面)及其表面物理量云图;绘制等值面及其表面物理量云图;绘制颗粒形状、表面云图、所在位置矢量等。

计算结果可视化

案例赏析

APPLICATION CASES

海浪对海岸堤坝的冲击

案例概述

海岸堤坝是抵御海浪冲刷的有效防护水工建筑，长期承受着海浪周期性的冲击、破坏作用，坝体容易产生损坏，且海水漫过堤坝涌入威胁着大坝下游的安全，导致巨大的损失。目前行业多采用传统网格类CFD软件来模拟海洋工程问题，模拟结果依赖于模型网格尺度，因而难以准确模拟液体飞溅、坝体大变形破坏等问题。

十沣解决方案

该算例采用TF-Particle软件的SPH模块进行仿真模拟，该方法通过数值求解Lagrange描述的粒子群运动，适用于模拟海洋工程中大变形/极限运动过程。工程采用刚体模型模拟推波板和钢板桩的运动，可以有效分析周期性海浪对坝体的冲击作用和漫过坝体的流量。计算过程不需要在计算域内剖分网格，避免了网格畸变致计算中断的问题;计算采用GPU并行加速，可以有效提高计算效率。

海浪对海岸堤坝的冲击作用

颗粒拦截过程仿真

案例概述

在海洋垃圾拦截过程中，不仅涉及颗粒间、颗粒与网状结构间的相互作用，流体与颗粒、柔性网间也存在复杂的相互作用。例如，流体通过曳力、压力梯度力等影响颗粒运动，进而影响颗粒的拦截性能。因此，该过程的仿真分析需要考虑流体与颗粒的耦合作用。

十沣解决方案

本算例在方腔的一端随机生成颗粒，颗粒在流体的作用下向中部拦网移动，本算例未考虑重力影响。颗粒在流体曳力和压力梯度力驱动下实现透网过程。

为了加速耦合计算，我们采用网络通信的方式耦合求解QFLUX软件(CFD模块)与TF-Particle软件的DEM模块，TF-Particle利用GPU加速离散相和耦合参数的计算，突破了颗粒相计算量大这一制约传统CFD-DEM耦合计算效率的瓶颈，实现了基于CPU-GPU异构并行的CFD-DEM耦合模拟。

弹性网杆状颗粒拦截过程的CFD-DEM模拟

十沣科技

TENFONG TECHNOLOGY

十沣科技致力于高端工业研发软件、数字孪生系统与仿真云服务平台的开发及产业化。总部位于深圳南山，目前已在北京、广州、台州、嘉兴、南昌、西安等地成立区域产业化基地。

十沣科技从国际著名企业、科研院校聘请大量顶尖人才，构建了一支拥有丰富行业经验的工业仿真研发团队;经过十多年的磨砺与产业化拓展，十沣科技全面布局“流体”、“结构”、“热学”、“声学”、“电磁”等多物理场综合仿真技术和软件产品，并成功应用于航空航天、船舶与海洋工程、电子电器、机械制造、清洁能源等众多工程技术领域。

十沣科技将不断为客户奉献全面、专业、便捷、精准、高效的工业软件盛宴，为中国从制造大国迈向制造强国贡献力量!