個別要素法もしくは離散要素法(Discrete Element Method: DEM)のソルバーであるEDEMは、先進的な粉粒体挙動解析が可能なAltair社HyperWorksのソフトウェアの一つです。
石炭、鉱石、土、繊維、穀物、小片、粉末などのバルク材・粉粒体のシミュレーションを行うことができます。
計算手法
DEMは、流体解析や構造解析などが対象とする連続体近似では表現できない独立した粒子を一つ一つ計算する手法であり、粒子-粒子間、粒子-壁面間の衝突や反発、固着などを扱うことができます。
これにより、容器内での粒子撹拌、錠剤や製菓表面へのコーティング、粒子の圧縮成形、土砂のトラックへの積載、砂利上の車両の走行等々の計算が可能です。
マルチ球体法
複雑な粒子形状を、大きさの異なる複数の球体の重なりで近似します。精度および計算時間に応じて、解像度を自由に調節することができます。
多面体粒子
粒子形状を、球ではなく多面体として直接定義する手法です。平板などの高アスペクト比の形状や、立方体や円柱などの非常に均一な形状の計算に適しています。
接触モデルと非接触力
Hertz-Mindlinモデルをはじめとする、様々な接触モデルが組み込まれています。これにより、弾性、塑性衝突や非付着性・付着性を考慮することができ、乾燥した粒子や湿った粒子の挙動を再現します。
その他、重力や静電気力、ファンデルワールス力などの非接触力の考慮も可能です。
コーティング
フィルムコーティング、糖衣コーティングにおける錠剤など、粒子のコーティングを計算する機能です。吹き付ける液体も粒子として計算します。造粒において、液体が散布されやすい領域を確認することなどが可能です。
結合モデル（Bonding Model）
粒子をボンドで結合する機能です。ボンドは、指定した法線、接線方向の最大力を超えると消滅し、粒子が分断されます。コンクリートや岩石構造のモデル化、錠剤などの強度を見る際に有効です。
モデル（Tavares UFRJ Breakage Model）
ビーズミルなど、粒子の粉砕を計算する手法の一つです。1つの粒子に作用する応力が臨界条件を超えると、より小さいサイズの複数の粒子に置き換えて破壊を模擬します
ジオメトリ
接触判定を効率的におこなえる四面体，円柱，2次元多角形等は、GUIから作成可能です。複雑な形状は、CADデータをインポートできます。これらの形状には動的な挙動（加速度の有無，回転，振動運動）を設定できます。
方程式
DEMは、以下に示す運動量保存式を個々の粒子に対して解くことで、時々刻々変化する粒子全体の挙動を計算します。
| 運動量保存式（並進） |  |
| 運動量保存式（回転） |  |
ソフトスフィアモデル
粒子同士の衝突を計算する代表的な手法の一つです。粒子の変形を無視する代わりに、粒子の重なりあう距離に比例して反発力を計算します。反発に際して減衰や摩擦も考慮できます。
バネ ： バネ剛性（ヤング率とポアソン比）
ダンパー ： 減衰係数
スライダー： 摩擦係数
DEM-CFD（CFDソフトウェアとDEMのカップリング）
DEM-CFD（CFDソフトウェアとDEMのカップリング）
連続相における粒子の運動挙動をシミュレーションするために、CFDソフトウェアとカップリングが可能です。DEMとCFDソフトウェア間で、さまざまな抗力モデルを粒子・流体相互作用に使用できます。特に、HyperWorks製品のAcuSolveやOpenFOAMとの連成解析が可能です。
DEM-MBD（マルチボディダイナミクス（MBD）ソフトウェアとDEMのカップリング）
形状運動と物理学のプログラム制御によるシミュレーションが可能です。DEMで求められた物体表面に作用する粉体材料の力は、MBDソフトウェアで現実的な物体運動の計算に組み込まれます。特に、HyperWorks製品のMotionSolveとの連成解析が可能です。
DEM-FEA（有限要素解析（FEA）ソフトウェアとDEMのカップリング）
DEM側では物体に作用する粉体材料の力と圧力分布などを算出します。FEAソフトウェアで構造解析あるいは疲労解析の入力値として物体に作用する粉体材料の力を用います。特に、HyperWorks製品のOptiStructとの連成解析が可能です。
DEM-Optimization（DOE・最適化・AIとDEMのカップリング）
DEMの様々な入力条件を変更し、実験計画法：DOEを用いたパラメトリック解析を行い、そのデータを使って、最適化や機械学習を行います。粉体物性の入力パラメータ調整（キャリブレーション）や、装置の形状、運動条件等の最適化に有効です。特に、HyperWorks製品のHyperStudyとの連成解析が可能です。
シンプルな操作
DEMはメッシュ作成が不要なため、連続体のソルバーに比べ、短時間でモデル作成が可能です。並進運動や回転運動が組み合わさった複雑な剛体壁の運動も、GUIから簡単に定義できます。このため、初めて解析を行う方でも短期間で習熟可能です。
コスト
EDEMはAltair社のAltair Simulationの製品です。Altair Simulationの製品独自のライセンス形態により、追加費用なしでEDEM以外の様々な解析ソフトの利用や、流体解析ソフトAcuSolveや最適化ソフトHyperStudy等と簡単に連成解析が可能です。
Altair Simulationに関しては、以下のURLをご参照ください。https://www.terrabyte.co.jp/Hyper/AltairSimulation.htm
豊富な物理モデル
球以外の粒子形状の再現、様々な剛体壁の運動設定、粒子の分裂の物理モデル等、様々な物理モデルが組み込まれています。また、不足機能はAPI(Application Programming Interface)により、ユーザ様ご自身で自由に機能追加することができます。
材料データベース
材料パラメータの参考値として、岩、土壌、鉱石、粉末等の豊富な材料データベースが備わっています。
-
片側腹斜筋張力制限がスクワット動作における腰椎椎間関節圧縮力に与える影響
腰部障害との関連が指摘されている腰椎関節への圧縮力がどのように変化するかを検討した、本事例についてご紹介いたします。 -
バーチャルEMGを用いた筋活動量フィードバック型アクティブアシストデバイスのモデル化
筋骨格モデル上に仮想的な筋電（以下、バーチャルEMG）を導入し、筋活動量に基づいてアシスト力を制御するアクティブアシスト... -
AnyBodyによる投球動作時の肩甲下筋張力推定
肘下がりを有する投手と有さない投手を比較した試みについてご紹介いたします。
-
SPLYZA Motionのデータを使用したAnyBodyによる筋骨格モデル解析
AIによる動作の解析ができる商用アプリケーション SPLYZA Motion と、同アプリケーションで取得したデータを活... -
異なるマグカップ把持姿勢における手指部に生じる力学的負荷の定量化
日常生活動作のなかでも実施頻度が高いことが想定されるコップ・カップの把持動作を対象として、異なる把持姿勢でコップ・カップ... -
Detailed Hand Modelによる異なる摩擦状態での物体把持
AnyBodyに実装されている静止摩擦力を表現できる反力推定機能と、手詳細モデルであるDetailed Hand Mod...
