TF-DEM软件是一款基于离散单元法的通用颗粒系统仿真分析软件。TF-DEM采用GPU并行加速，具备模型创建、前处理、求解器和后处理一体化的仿真流程，具备完善的交互操作环境与可视化功能，面向以散体物料为主要处理对象的自然和工业过程，如矿冶、制药、化工、能源和先进制造等工程领域的颗粒和颗粒-流体多相系统
TF-DEM支持多分散颗粒性质（材料、形状、尺寸）、内置高密度颗粒生成算法和丰富的壁面运动边界条件，能够提供颗粒尺度的详细信息，包括颗粒间相互作用力、堆积结构、接触力链、颗粒材料与机械结构间相互作用力等传统实验难以获取的数据。TF-DEM具备丰富的数值模型和结果后处理能力，可模拟球形、非球形颗粒，预测设备磨损、颗粒-流体相互作用，是助力实现工业过程智能化的有效工具

TF-DEM软件涵盖丰富的物理模型，比如颗粒系统中广泛使用的Hertz-Mindlin接触模型、滚动摩擦模型、粘结模型、磨损模型等，用户可针对不同的应用场景，对物理模型进行合理的选择和组合，解决实际工程应用问题

完善颗粒生成功能

TF-DEM软件内置高密度颗粒生成算法，支持多分散颗粒物性，可指定颗粒物性分布、尺寸分布、形状分布。软件支持连续给料，可设置颗粒的给料时间、区域、质量流率、数量流率、速度等，支持多入口给料，倾斜给料，单入口多种材料给料，定时给料、移动入料等

传统DEM通常采用颗粒-面元接触碰撞算法，判断接触时需要区分点、线、面等不同接触种类，且网格划分需要较大内存开销，在CUDA中计算效率低。TF-DEM开发了基于Level-Set的壁面解析算法，可显著降低GPU显存消耗，有效提升计算效率和规模

TF-DEM支持业界广泛采用的组合球方法进行非球形颗粒建模。该方法基于单元球进行碰撞探测与接触求解，适用性广。为支持非球形颗粒快速建模，TF-DEM开发了非球形颗粒形状拟合工具，可基于导入的颗粒几何，采用一定数量的球元进行几何填充，基于填充率，控制拟合精度

同时，TF-DEM开发了无重叠球元填充算法，适配颗粒固结模型，基于导入的颗粒几何模型，无重叠填入一定数量的球元，球元间引入虚拟的梁单元以仿真颗粒固结和破碎行为

TF-DEM允许设置简单解析边界和导入复杂壁面网格文件，支持多种文件格式，包括st、step、stp、igs、iges、obj和msh格式等。支持平移、旋转、多轴旋转、随体平移/旋转运动。支持指定平移方向、平移速度、旋转轴、旋转角速度、旋转点、设置循环运动，通过多个运动叠加可实现单刚体复杂运动

TF-DEM完全基于GPU并行，同时开发了多种算法，进一步提高计算效率，包括：
1）适配GPU架构的多重网格搜索算法，以加速具有宽泛粒径分布颗粒系统的邻域粒子搜索过程

2）粒子属性的内存排序，优化GPU内存合并访问效率
3）溢出粒子动态删除算法
4）多计算域，通过分域计算减少无效计算区域，提高计算效率
5）移动计算域，计算域可设置随体运动，减少计算区域，提高计算效率

固结模型将颗粒间的固结作用视为一组虚拟弹簧，可抵抗颗粒间的弯曲、扭转、拉伸作用，在给定强度准则下实现固结键的断裂。采用固结模型可仿真块体颗粒破碎、预测粉未压块的强度和破碎失效行为。同时，TF-DEM内置了无重叠球元颗粒填充算法，可对非球形颗粒进行快速建模，简化可破碎颗粒的建模流程

TF-DEM针对颗粒对壁面磨损场景，内置了多种磨损预测模型，包括Relative Wear、Archard Wear和Oka Wear等；磨损模型通过量化和统计颗粒对边界的作用力，可定性和定量地评估壁面的磨损情况

TF-DEM具备丰富的计算监控功能，可监控物料入料情况、边界受力变化、面流量波动、域局部体积平均物理量，协助用户全面分析仿真过程中的关键参数和变化趋势，及时发现问题并进行调整和优化，为研究和工程应用提供可靠的数据支持

TF-DEM具有丰富的后处理功能，软件支持颗粒和边界的可视化，支持绘制不同的变量云图；支持力链显示，可以调整力链的颜色和粗细；支持phong光照模型和基于物理的渲染（Physically Based Rendering，PBR）功能，可以对边界和颗粒进行材质渲染，包括不锈钢、塑料等；支持点标识标记点坐标、计算两点距离；支持绘制图表、导出不同像素的图片和动画；支持数据导出和颗粒网格导出；支持剖面视图等功能

分域统计和平均化处理是TF-DEM后处理的特色功能。通过分域统计可对数据进行二次处理，提取区域内变量值，如速度、质量、压力、能量等，并在视图框中进行显示。软件的平均化处理可对计算域整体或局部进行平均化计算，获得密度场和速度场等信息，并可在视图中获得不同位置的切片云图

颗粒——流体系统广泛存在工业和自然过程中，如矿冶、化工、能源和先进制造等领域。耦合计算流体动力学（CFD）和离散单元法（DEM）是实现颗粒-流体系统高保真数值仿真的一种关键技术手段。在CFD-DEM耦合方法中，CFD主要用于模拟流体的流动，而DEM则用于描述颗粒运动及颗粒间的相互作用。相比基于欧拉模型的连续介质方法，CFD-DEM耦合方法可以显式地描述流体-颗粒间的相互作用，无需全局性假设，为用户提供颗粒尺度的详细信息

耦合离散单元法和多体动力学方法可同时描述散体物料的微观行为和复杂机械系统的宏观运动，能够更准确地预测颗粒与机械系统的相互作用，在矿冶、农机、建筑等领域中具有广泛的应用场景。DEM-MBD联合仿真可预测设备阻塞、泄露、磨损、能耗，从而优化机械结构和控制系统，进而提高设备的总体性能。TF-DEM可与多体软件耦合，实现颗粒系统与复杂机械系统的联合仿真

制药工程

制药行业中药粉具有尺寸小、粘性作用强等特点，仿真中需考虑颗粒间的粘性作用。TF-DEM可以提供实验难以测量的数据，有助于强化工艺认识，减轻实验负担，减少经济投入，建立工艺、几何特征与材料性质的相关性模型，从而改善工艺参数、优化原料配方、减小成分偏析

通过TF-DEM仿真计算，可对制药过程的混合过程如双螺杆锥形混合机、V型混合机等进行深入分析，例如，评估不同颗粒在混合过程中的分布，分析混合后的均匀性，帮助优化混合工艺。模拟混合过程中颗粒的运动轨迹，确定达到均匀混合所需的时间，有助于提高生产效率。研究颗粒在混合机中的流动特性，如堆积和流动性，识别潜在的堵塞或不均匀混合问题。通过模拟不同设计参数，如螺杆形状、转速、几何形状等，优化混合设备的设计，以提升混合效率和效果

传统矿冶和化工行业流程多且复杂，设备尺寸大，实验样机制造成本高，用户关注设备顺行、使用寿命、能耗比等。TF-DEM内置了多种物理模型，如磨损模型、固结模型，可对输运、破碎、筛分、分选分级等多种过程进行仿真，有利于加深单元操作过程的机理认识，优化工艺、指导设备的制造和选型
TF-DEM支持多分散物料属性、颗粒尺寸分布和形状分布，设置不同的边界条件，实现多种单元操作的仿真计算。以皮带运输为例，可对非球形颗粒进行建模，获取皮带与物料间的相互作用力，通过磨损模型预测皮带的磨损程度，得到皮带支撑辊的受力情况，优化皮带运行，预测皮带寿命