PFC2d建模及几种方法简介

.PFC和一些方法简介，20113410019，1，PFC简介，1，PFC背景，PFC系列软件是ITASCA咨询组(包括ITASCA中国公司)开发的PFC 2d(partical flow code analysis program)，pfc3d尤其是除了模拟大体积流动和混合材料力学研究外，程序更适合于说明固体材料中meso/宏观裂纹扩展、断裂累积和破坏、断裂冲击和微地震反应等水平主题的进一步研究。PFC中的粒子是刚性的，但由于机械关系，允许重叠以模拟粒子之间的接触力。粒子之间的机械关系很简单。牛顿第二定律。粒子之间的接触损伤可以切割和展开两种形式，介质中粒子之间的接触关系(例如分离)发生变化时，介质的宏观机械特性会受到影响，随着破坏接触次数的增加，介质的宏观机械特性可能经历从峰值前路线到峰值后非线性的转换。也就是说，介质中粒子接触状态的变化决定了介质的组成关系。因此，PFC计算不需要定义材料的宏观建构关系及其参数。这些现有的机械特性和参数是通过程序自动获得的，定义了粒子和水泥的几何和机械参数，例如粒子梯度、刚度、摩擦、粘结介质强度等。2，基本假设，1)粒子单位为刚度。2)接触发生在较小的范围内，即点接触。3)接触性质为弹性接触，允许接触中的固定重叠量。4)“重叠”量与接触力相关，与粒子大小相比，“重叠”量较少。5)接点具有特殊的连接强度。6)粒子单位为圆盘(或球体)。3，优缺点，优点：第一，潜在的高效率。这是因为圆对象之间的接触检测比角对象之间的接触检测更容易。第二，对于可以模拟的位移大小，实际上没有限制。第三，由于块由组合粒子组成，因此块不能折断，这与UDEC或3DEC模拟的块不同。缺点是图块的边界不平坦，使用者必须接受不均匀的边界，以换取PFC2D提供的优势。4，解决步骤，1)定义模拟对象根据模拟意图定义模型的详细步骤，如果仅判断一个动力学机制的另一个分析，则可以创建能够将被分析的机制反映在模型中的相对粗糙的模型，忽略对模拟问题影响很小的属性。2)建立机械模型的基本概念首先形成了分析对象特定初始特性的初步概念。为此，系统是否更改为、不稳定的系统、问题变形的大小、主要机械特性是否非线性、介质的不连续性是否需要定义、系统边界是否真实或无限边界、系统结构是否对称等3)构建和运行简化模型构建实际工程模型之前，配置和运行一系列简化的测试模型，可以提高解决问题的效率。在此早期阶段简化模型的操作，包括分析模型简化后的结果(例如，选定的接触类型是否具有代表性，边界条件是否影响模型结果等)，然后修改第二阶段，4)对补充模拟问题的数据模拟实际工程问题建模，需要大量的模型执行简化结果，对于地质力学，需要3360a)几何特性(例如，地下挖掘酮房的形状、地形、大坝形状、地面结构等)c)材料特性，如弹性/塑料、断裂特性等；d)现场应力状态、孔压、饱和度等初始条件；e)外部负载，例如冲击负载、开挖应力等。5)为运行模拟做进一步准备a)合理确定每个阶段所需的时间，如果运行时间过长，很难得到有意义的结论，因此应考虑在多台计算机上同时运行。b)必须及时保存模型的运行状态，以便在后续运行中调用结果。例如，如果分析有多个卸货流程，您可以轻松返回到每个流程，更改参数，然后继续运行。c)程序中必须有足够的监视点(如参数更改、不平衡等)，以便随时比较和分析中间模拟结果和粒子流状态。6)在计算模型运行模型正式运行之前，运行一些检查模型，然后暂停，根据一些特性参数的实验或理论计算结果确定仿真结果是否合理，验证模型是否正确运行时，链接所有数据文件进行计算7)分析和比较分析结果计算结果与测量结果。图形必须集中反应要分析的区域(例如应力集中区域)，并且可以轻松地输出具有各种计算结果的分析。2、PFC2D计算模型有两个生成方法：1、粒子流模型：BALL和GENER-ATE的命令。其中，BALL命令是生成与现有粒子重叠的粒子的单个粒子，GENERATE生成指定数量的粒子流，不允许重叠的粒子。PFC2D主要有两种类型的粒子流(规则和不规则)。尽管粒子的排列是随机的，但即使在粒子模型生成后，整个模型的结构特性(如弱结构面或各向异性)也可能受到影响。对于不规则排列的粒子流模型，通常不可能描述初始接触力的大小，这需要以后的压缩过程才能得到更好的评价。1.1规则阵列粒子流，newdefhexx 0c=x0c=y0rc=radius IDC=id _ startr 2=2.0 * radius yinc=radius * sqrt(，1.2不规则排列是不规则排列的。也就是说，用粒子填充特定空位，使整个模型保持平衡。可填充模型的初始空位率具有限制值，不能随机小于。对于某些空位率模型，粒子的填充可以在没有接触的情况下排列，而对于其他情况下的空位率，粒子可以再次重叠。第一种方法首先创建闭合区域的边界(称为墙)，然后在闭合区域内生成一系列不接触的粒子，最后移动区域的受限墙，直到所需的间隙。此方法有三个缺点。1.变更区域的几何造型；收敛速度慢。3.最终分配趋势不均匀。第二种方法是使用GENERATE命令生成粒子体，指定关键字高斯分布，即粒子半径的上限和下限，然后相应地指定标准偏差。此外，使用FISH函数选择粒子半径，然后生成所需的模型。，半径扩展法，newdefexpand-输入数据-n _ stiff=1e8；垂直连接刚度s _ stiff=1e8剪切连接刚度width=10.0区域宽度height=5.0区域高度tot _ vol=width * height poros=0.12；最终目标空位率num=300粒子数rat=1.5最大最小半径比率；-导出所需数据-mult=1.6；初始半径放大系数n0=1.0-(1.0-poros)/mult 2 r0=sqrt(height * width *(1.0-n0)/(pi * num)，command wallid=1ks=s _ stif fkn=n _ stiff nodes(_ x0，_ y0) (_ x1，_ y1) end _ _ y1)end _ command _ x0=width *(1.0 extend)_ y0=height _ x1=-extend * width _ y1 ，command wallid=4 ks=s _ stif fkn=n _ stiff nodes(_ x0，_ y0) (_ x1，_ y1) end _-generattheballsandgivethemtheirpropertiescommandgenid=1，num rad=rlo，rhix=0，widthy=0，height prropertiescommandgenid，Sum=Sum pi * b _ rad(BP)2bp=b _ next(BP)end _ loop meas=1.0-Sum/(width * hidth)，“挤压排斥”方法指定粒子体的半径，以便生成足够数量的粒子以达到所需的拱极限。但是，此方法的缺点是大粒子可能会叠加在局部区域上。这将导致挤压压力很高，从而导致粒子具有更多的初始速度，从而导致粒子从墙上分离。要避免这种情况，可以通过初始有限步循环计算将粒子的动能减少到0，然后计算到平衡状态。newslom粒子数设置无限制模式defx ploden _ stiff=1e8 s _ stiff=1e 8 width=10.0 height=5.0 poros=0.12n _ max=1000 rlo=0.11 height