柔性纤维模型：割草机

纤维在许多应用场景中使用，例如在化工中用于创建纤维增强塑料和水泥，在注塑成型过程中、在棉花制造过程中、在生物质反应器中作为熔融塑料的填补，或者表示农业中的收成。

Simcenter STAR-CCM+，提供的柔性纤维模型可用于将纤维建模为离散元方法 (DEM) 颗粒，这些颗粒通过将多个相同的首尾相粘接圆柱体连接而成。粘接可以执行轴向延伸、压缩和弯曲变形，并可以断开。柔性纤维模型不需要大量段来组成纤维，这使其计算效率更高。

本教程演示使用无网格 DEM 结合柔性纤维模型和冲击切割模型对割草建模的工作流程。无网格 DEM 是一种高效方法，仅计算 DEM 颗粒行为而不计算周围流体，因此不需要网格。模拟的目标是评估割草过程的质量。以直方图的形式分析切割过程中草叶的长度分布。

在本教程中，将模拟割草的简化旋转割草机叶片。下图显示模拟的快照：

割草机叶片围绕 y 轴执行刚体旋转，转速为 3625 rpm。草叶建模为柔性纤维 DEM 颗粒，每个颗粒由 10 个圆柱段组成。最初，每个草叶的高度为 114.3 mm，直径为 5.08 mm。实际上，割草机叶片也执行平移运动。但是，在本教程中，通过指定草叶的相对速度来顾及该平移运动。草叶以 2 m/s 速度向割草机叶片移动。当割草机叶片以高于 20 m/s 的速度冲击草叶时，冲击切割模型在草叶上进行单次切割。割草机叶片旋转产生的气流对草叶的作用，通过用户定义体积力来顾及，特别是作用在草叶上的曳力。