PFC手册中文翻译整理

1、Getting started1 导言1.1 背景与概述PFC2D 是利用离散单元法（DEM：1979年由Cundall和Strack提出）模拟球形颗粒的运动和相互作用的软件。它最早是被用来模拟颗粒状材料的行为；对包含有几百个颗粒的代表单元做过数值测试。颗粒模型被用来代表单元的行为（条件是统一的），而连续的方法则被用来解决真实的具有复杂变形模式的问题（其中单元行为取决于颗粒模型测试）。两个事实给这种近似带来了变化。首先，对于particle assemblies而言，从测试结果中得到本构关系定律是非常困难的；再则，随着电子计算机运算速度及存储量的飞速发展，使得利用大量颗粒模拟整个问题成为可能；

2、本构关系则自动在模型中体现出来了。PFC2D旨在成为可以解决固体力学和颗粒流的一种行之有效的工具。一个与圆形颗粒的移动和相互作用有关的物理问题也许可以直接用PFC2D进行模拟。利用两个或更多的颗粒来组成一个任意形状的物体也是可能的，因此这样捏合起来的每组颗粒则可以代表各自的物体（可利用clump logic，理论与背景，section 4）. PFC2D也可以用来模拟易碎的“固体”，即把每个颗粒与他周围的颗粒粘结（bond）起来；得到的assembly就可以被看作“固体”，它具有弹性而且当键（bond）在加工过程中被损坏时能够“fractuing”。 PFC2D包括大量的logic供用户使用，

3、它们可被当作是bonded particles的一个大软件包来模拟“固体”（其中很多的logic在augmented FishTank 中被执行过，FishTank是由FISH编写的一套公式，FISH是PFC2D的一种嵌入式语言，见section3 in the fish volume）；“固体”可以使各项同性的，也可能被分割成不同的区域或块。这种系统也可由离散元程序UDEC（Itasca2004）和3DEC（Itasca2003）模拟，但是它们多用来模拟angular block。然而，PFC2D拥有以下三个优势。1.它具有潜在的便捷性，因为判断圆形物体是否接触比判断带角物体的接触容易的多；

4、2.本质上，PFC2D对物体的位移没有限制，即其可以任意大位移移动；3.不像UDEC（Itasca2004）和3DEC（Itasca2003）中那样，在PFC2D中，block可以破裂（因为它们之间是由键粘合而成的）。PFC2D在模拟blocky系统中的缺点是block的边界不平坦（planar）；那么以PFC2D的优点作为交换，用户只能接受“颠簸（bumpy）”的边界啦。PFC2D中对于几何形状、性质和求解条件的说明不可能像FLAC（Itasca2002）或UDEC中那样直接明了。例如，在一个连续的程序中，网格被生成，初始应力被安置，边界条件被固定或不固定。在像PFC2D这样的颗粒代码中，是

5、不可能有一个简洁、一般而言的陈述的，因为想在一个给定的空间中pack一定数量的颗粒就有很多种方法。生成颗粒后必须有一个压紧的过程，直到满足要求的孔隙率。对于初始的应力也不可能有一个详细、独立的说明，因为接触力完全取决于颗粒之间的相互位置。最后，边界条件的设定也比连续的程序中复杂的多，只因为PFC2D中的边界并不是平坦的曲面。这些问题本手册中都会提及，建议亲自动手实现手册中的练习程序去模拟真实的问题。一个深层的困难是必须使模拟取得的数据与实验室中的数据吻合。某种程度上说，这是一个反复的过程，因为想要从微观的性质预测宏观的肉眼可见的物理行为，目前还没有一个完整的理论。然而，本手册给出了指导方针，它

6、会在用户吻合数据的过程中对用户提供帮助（举例来说，某参数的变动会影响某个行为，或者不会）。需要认识到的是，这些模拟将会是非常艰难的，因为它会不断挑战你的知识储备的极限。然而，通过执行PFC2D的测试，我们可以对固体的力学得到一些基本的认识（特别是断裂力学和损伤力学）。DEM属显示的时间推进模式方法，理论与背景中section3中会有详细介绍。这种模式有以下一些优势，1.它对于系统表现出不稳定的情形将会非常的容易；2.模拟的规模只取决于计算机的容量，因为根本无需储存矩阵的信息；3. PFC2D可能被用来模拟静态或力学问题，而要求解完整的力学运动方程几乎只需我们知道静态解；这是为了遵从现实生活中的

7、材料表现出的flow和失灵现象；4.无需调用一些非物理的算法。一次PFC2D模拟一般需要上千次时间步长的迭代，每一步长中应用两次牛顿定律来更新颗粒的速度和新位置，并更新作用在颗粒上的作用力。以这些新的颗粒位置为基础，作用力取决于每对颗粒的相对位移。该版本的PFC2D可在windows98和更高的系统下运行。在100mb内存时，可同时模拟个颗粒。用户还可以使用并行选项，几台计算机联网分流运算。详细内容见optional features中section4. PFC2D中的其他选项还有：热力学分析及耦合；C+程序模块；流体项耦合；用户自定义接触模型。PFC2D的执行默认为命令驱动模式；还有为文件管

8、理，绘图和打印改道等准备的绘图及菜单驱动模式。在任一选项中，都可以迅速生成high-resolution，colorrenderd绘图。图形显示功能允许用户在创建或程序运行过程中的任一步骤都可以观测到模型的状态。显示的图形有可能是颗粒、墙、接触、力、位移、速度或其他数值。所有的绘图输出可以直接以黑白或者彩色的形式考入windows剪贴板或者一个单独文件。1.2 主要特征PFC2D可模拟任何尺寸的圆形颗粒的assembles。一个颗粒生成器可以自动生成指定分布的颗粒群。颗粒半径可以是统一的，也可以服从高斯分布。特别地，初始的孔隙率很高，但是通过控制颗粒半径的扩张也可以得到密集。用户可以在任一步骤

9、改变原有的半径，因此用户无需反复试验就可以得到指定的孔隙率了。性质与单个颗粒或接触息息相关，而不是“type number”。因此，用户要指定连续顺序的性质或半径。“joint generator”用来修改沿着指定线的接触的性质，当然假定他们在particle assembly上是有层次的。这样，模型可能会被weak plane的设置traversed。颗粒的颜色也被看作是一种性质，所以用户可以自行指定各种记号。在PFC2D模型中，为确保在数值漂流中长时间自由，坐标和半径都以二进制储存。相关的接触位移直接按坐标轴计算得到，而不是通过位移的增量算得。关于接触： 线性弹簧，或者简化hertzmin

10、dlin 定律； 库仑sliding； 键的选择。（键连接可以承载一定的张力，而键对张力和剪切力的承受能力是有一定限度的。键一共分两种，即接触键和平行键，它们可以安装到颗粒与颗粒的接触当中。这两种键分别对应两种物理性质：1.接触键是用来表示在一个非常小的区域上的支持作用；2.而平行键则用来表示在小球与小球接触后的附加材料（material）的堆积（deposited）作用。这种附加材料的有效硬度与接触点硬度平行，因而得名平行键。）Clump logic使此代码的一般性得到延展，它支持被slaved的颗粒及clump的群的创建。Clump中的小球可以重叠，且每个clump的行为犹如带有可变形边界

11、的刚体，因此，它可以看作是驾驭颗粒之上的一种一般的几何形状。Assembly通过墙的速度，颗粒速度和应用外力的混合物来加载。Augmented fish tank 为在assembly中安装一指定的应力区域提供了一些方程，或者对assembly使用应力边界条件。时间步长的运算是自动进行的，而且包括由hertz接触模型引起的硬度变化的作用。时间步长也可以根据每个颗粒周围的接触的数量和瞬时的硬度值而改变。有一种模式叫单元映射模式（cellmapping scheme），他是以颗粒计数为基础，利用最优的cell数；它可以自动调整单元空间的外部尺寸来提供逃逸颗粒和/或新进入的颗粒，就像被指定过一样。这

12、种单元映射模式支持判断接触算法，以确保求解时间根据颗粒数线性增长而不是二次或高次。PFC2D中任意的线段都可以被指定为墙，拥有各自的接触性质。在墙的拐角处需要设置特殊的接触条件，它是与墙的有效面有关的曲线，以保证当颗粒沿峰滚动时接触力的单值性。除平面墙外，圆形片段，点墙和线状的墙都是可用的。可以给墙指定一个速度（平动转动都可），而墙上的力和力矩都可以被追踪（monitored）。在模拟的任一个阶段，颗粒和墙都可以被创建或删除（当然他们的性质也可以改变）。PFC2D模型可以在一个矩形的周期空间被创建或执行，其实就是无限空间的问题我们可以使用周期边界。Adaptive 连续/非连续(AC/DC)

13、logic 被用来handle bounded material 的大模型。Pbrick则源自周期空间中创建的compacted assembly。Pbricks可以被储存，也可以被复制来构建一个大模型。被选中的pbrick可以表示为矩阵的形式，因此节省了计算时间和内存。Pbricks也可以被任意分布在一组处理器当中，利用MPI（见section1.4.1.5）.AC/DC只用来模拟变形比较小的情形，例如易碎的岩石。AC/DC的描述见section4 in FISH volume。PFC2D还提供了局部非粘性阻尼（用于消耗动能），此种阻尼具有以下优点： 当运动是稳定的时候体力趋近于零（即只有减

14、速时才有阻尼）。 阻尼常量是无量纲的； 带有不同自然周期的assembly区域平等的阻尼，即利用相同的阻尼常数，因为阻尼是frequencyindependent的。粘性接触阻尼也可以使用，其中利用接触弹簧元素进行平行的缓冲。这种阻尼在模型impact和free flight的情况下是合适的，而此时利用默认的阻尼是不现实的。密度缩放可以用来增加时间步长和优化求解效率。重力不受密度尺度缩放的影响。追踪能量。以下能量可以被追踪： 体的工作量（assembly中的所有颗粒体） 粘结能量（总的assembly的张力能量储存在平行键之中）； 边界的工作量（assembly中的所有墙） 摩擦（所有接触的摩

15、擦能量消耗）； 动力学能量（所有粒子的动力学能量） 张力能量（整个assembly的所有接触的张力能量）assembly中测量任意圆形区域数是很便利的： 平均应力张量的所有成分； 平均张力张量的所有成分； 孔隙率； The coordination number（每个颗粒的平均解除数）； 接触分数。任何数据都可以追踪而且储存为history。储存的history也可以绘成图，显示在屏幕上，或者储存在一个文件里面可以被其他程序调用。PFC2D可在半静态模式或全动力模式下执行。PFC2D中所有数据都可以被储存，并汇成history。PFC2D拥有强大的builtin程序FISH，用户可以定义新的变

16、量和方程。FISH提供给用户一个唯一的能力去根据用户自己的需要裁剪程序。例如，FISH方程可以做以下的事情： 详细说明用户指定的性质变化； 绘制和打印用户自定义的变量； Servocontrol数值测试； 自动参数学习； 根据用户的需要创建或删除颗粒； 按照某种方式创建颗粒group； 读写ASC2或2进制文件； 利用TCP/IP信息从/向其他Itasca程序发送和接收数据。1.3 可选择特性可选择的特性（热量分析，流体分析，并行处理和C+编程，用户可以通过C程序创建自己需要的基础模型）此可以作为PFC2D的额外价值。热力分析选项：可以模拟材料中短暂的热流和随后位移和力的发展趋势。热力模型可以

17、独立运行也可以耦合在力学模型之中。热力张力通过改变颗粒的半径得到，平行键上承载的力来说明颗粒和结合键的热量。热力学分析选项的描述见section 1 in optional features。流体分析选项：允许用户模拟流固耦合问题。该模式在欧拉坐标系下数值求解连续和动量方程，然后得到考虑单元内小球存在时的压力和速度。由流体产生的驱动力在施加于小球之上。关于流体选项的描述见section2 in optional features。用户自行编写的C选项：允许用户自己编写程序，从而创建私人版本的PFC2D。该选项可以用来取代FISH方程。The Microsoft Visual C+ Versio

18、n 7.1 编译器可以被使用做这项工作。用户自行编写的C选项的描述见section3 in Optinal Features。并行处理版本：的PFC2D也是一个可供选择的选项。并行版本允许用户把一个PFC2D模型分解成几部分，而分别在各自的处理器上运算。这实质提高了存储能力和计算速度比单个处理器快的多。在并行处理选项中，MPI（message passing interface）也可以被执行，它允许与AC/DC logic或者用户自己编写的C程序进行通讯。并行版本与并行计算程序的描述见section4 in optional features用户定义接触构建模型可以用C+编写，并像DLL文件一

19、样编译，任何需要的时候用户都可以调用它。The microsoft visual C+ version 7.1 用来编译DLL文件。编写新接触模型和创建DLL的描述见section5 in optional featrues.1.4 Summary of updateds from version 3.0以下特征被加入到3.1版本。下一节是对新特征的概括。（注意PFC2D 3.1可以储存3.0版本保存的文件，但是2.0或更旧的版本就不能储存了）。1.4.1 3.1版本的新特征1.4.1.1 新的广义墙点墙（2D）和线墙（3D）作为新的广义墙被加入，详细的描述见section 5 in 理论与背

20、景。1.4.1.2 流体分析选项现在，流体分析在PFC2D中是可用的选项。流体选项允许用户模拟流体耦合问题如小球与流体作用的问题。流体选项的描述见section 2 in 选项特征。1.4.1.3 AC/DC logicAC/DC是一种处理大的粘结材料模型的方法。Pbrick来自在周期空间中创建的compacted assembly。Pbricks可以被储存，也可以被复制来构建一个大模型。被选中的pbrick可以表示为矩阵的形式，因此节省了计算时间和内存。Pbricks也可以被任意分布在一组处理器当中，利用MPI（见section1.4.1.5）.AC/DC只用来模拟变形比较小的情形，例如易碎

21、的岩石。AC/DC的描述见section4 in FISH volume。1.4.1.4 周期边界周期边界在处理空间无限大问题是非常好用。作为简单的例子，见section 3.8.1.4 in FISH volume。 1.4.1.5 新的并行处理选项（MPI）MPI（message passing interface）也可以被执行，它允许与AC/DC logic或者用户自己编写的C程序进行通讯。并行版本与并行计算程序的描述见section4 in optional features1.4.1.6 影片选项PFC2D 3.1 可以生成两种工业标准格式的影片文件：AVI和PCX。影片可以看作是A

22、VI和PCX图像的集合，并能重复播放出来。MOVIE和SET plot命令可用来调用影片特征。1.4.1.7 网络keyPFC2D 3.1 的网络版本是可用的，它允许在服务器上安装一个独立的硬件用来使用网络。PFC2D也许可以在互联网中的任一台计算机中运行。网络key需要一些特殊的许可证安排和安装。1.5 应用领域PFC2D可能应用到的领域如下。这些应用拓宽了程序本身的应用范围，可以模拟多离散体，大张力载荷或处理特征过程的能力的作用 在斜道，管道，箱体和地窖中材料的块体流 块体处理过程：混合和传输 矿质开采：易碎，易塌，易裂和岩石块的流动 Compction of powder in mold

23、s 粘结颗粒组成的物体的碰撞：力学破损 地震反应和由颗粒排列的梁结构的坍塌 颗粒原料的基础性研究：生产，流动及体积变化等。 由结合的颗粒集组成的固体的基本研究：损坏堆积，易碎和声响发射。更多的PFC2D的应用见section 3.2 in FISH volume1.6 PFC2D手册向导PFC2D 3.1版本手册包括七个文档。本文档，即用户向导，是用户使用PFC2D的主要向导，它包含了对特性和针对具体问题的最佳程序的推荐的描述。其他帮助信息则在剩下的六章中给出。以下是这七个文档的结构和各章节目录的主要概括。用户指南Section 1 绪论 这一节给出了PFC2D的基本性能，特征和应用的介绍。还

24、有PFC2D最新的一些功能。Section 2 开始 初学者应参看此节内容，一对PFC2D的操作有一个了解。其中对安装和操作都有十分简要的介绍，对初学者的研究有益。Section 3 利用PFC2D解决问题 本节给出了利用PFC2D解决问题的一些一般的指导。讨论部分是具想到行作用的，但只是很泛泛的讨论。典型的PFC2D的每一步都会详细说明，在介绍创建，解决和解释PFC2D模拟的过程中还会给出一些很好的建议。看过此节，用户就会对PFC2D的操作有所熟悉。Section 4 FISH 初学者指南 本节介绍FISH语言。它包括如何使用FISH语言。注意手册假设用户没有任何编程经验。它会对FISH以及

25、其应用做非常详细完整的叙述。Section 5 杂 对PFC2D感兴趣的用户可以参看此节，其中包括PFC2D在不同计算机上的运行时间的基准，报错程序和要求的技术辅助。Section 6 参考书目 本节给出了一些参考书目及类似的离散元程序。参考命令Section 1 参考命令 本章包括对PFC2D所有命令的详细说明（不包括FISH）。PFC2D中的FISHSection 1 FISH的初学者指南 本节提供用户FISH指南。也会帮助用户熟悉FISH.Section 2 FISH参考目录 本节包括比较全面的FISH语言的目录。对FISH语言的规则和语法作出了解释，叙述了FISH和PFC2D的联系，给

26、出了FISH的所有预先变量和方程。Section 3 not clearSection 4 AC/DC(ADAPTIVE CONTINUUM/DISCONTINUUM) 本节叙述AC/DC logic的内容。这些logic使用户通过一些变化来解决很大规模的问题，需要注意的是，这个选项只适用于较小变形的情形。理论与背景Section 1 一般表达 介绍离散单元法本身及主要的控制方程。Section 2 接触构造模型 Builtin基础构造模型的表达和执行在本节介绍。其中接触模型被分为三种：硬模型，滑动模型和结合（键）模型。两种键可用：即接触键和平行键。2.4中还介绍了更为复杂的模型。注意，用户自

27、定义接触模型在section 5 中也有介绍。Section 3 执行问题 与执行有关的细节问题。讨论的话题主要包括：墙LOGIC；追踪的意义及基础的发展；能量可以被追踪；以及测量logic。Section 4 广义墙logic 广义墙是对原始墙的沿拓，如2D的圆形墙及3D的球型墙。这些广义墙比如果用原始墙的简单堆积方便的多。选项特征Section 1 热力选项 介绍了热力选项，并且给出了一些实际问题的解决方案。Section 2 固定粗网格流体模式 颗粒与流体之间的作用力。Section 3 CSection 4 并行处理Section 5 编写新的接触模型例证问题和例子应用 本章包括了一系

28、列用PFC2D解决的例证问题和例子应用。例证问题中，对PFC2D的解与解析解做了比较。这些例子说明利用PFC2D可以解决很多问题。命令及FISH参考书目Section 1 命令概要 本节提供PFC2D中使用的所有命令的概要。Section 2 命令陈述概要 本节提供了FISH语言的概要。本概要包括FISH语言的陈述和所有预变量和方程。2入门本节为第一次使用的用户介绍了PFC2D。入门包含程序的安装及命令和怎样在计算机上运行。本节还概述了PFC2D程序在地质工程问题中的应用，包括简单的例子，及这个程序每一步的演示。如果只是熟悉该计划，偶尔使用它，会发现这一节（中尤其是，第2.7节）帮助你耳目一新

29、的记忆运行PFC2D。更全面的信息问题解决在第3节。PFC2D可以在命令驱动或图形模式下运行，本手册中有菜单驱动模式的大部分例子,输入和结果被认为使用命令驱动的模式。我们认为，这是最明显的方法,可以让你了解PFC2D程序的操作。命令驱动结构使PFC2D是一个非常灵活的用于工程分析的工具。然而，这种结构会给新手或偶尔使用的用户带来困难。为了使代码运行,通过交互键盘或远程数据文件将命令输入PFC2D命令行中。入门包含以下信息(1) 第2.1节给出了每步程序的安装和PFC2D启动过程。这包括PFC2D对系统的要求，说明的组成部分， PFC2D程序和相关文件，内存分配，实用软件和图形芯片，启动和运行程

30、序，程序初始化，确定版本编号和安装测试。(2) 第2.2节是一个简单的教程，以帮助您熟悉常见的输入命令。(3) 在创建和运行PFC2D模型之前，需要了解PFC2D术语。第2.3节对术语的使用进行了描述。第2.4节给出了PFC2D模型的定义组成部分。第2.5节介绍了PFC2D 输入语言的语法。(4) 第2.6节介绍了PFC2D的特色：在模型中创建、命名和使用对象的功能。可以方便的解决问题。(5) 第2.7节介绍了单独运行PFC2D模型的步骤，每一个步骤是分别用简单的例子来讨论。(6) 符号规约和系统的单位使用的程序分别在第2.8 和2.9节介绍。(7) 2.10描述了不同类型的文档在PFC2D中

31、使用和创造。(8) 2.11介绍了图形用户界面。2.1安装和启动程序2.1.2系统要求2.1.2 安装程序PFC2D从CD - ROM安装。可在Windows 98 ，XP2000运行。早期版本的Windows或其他作业系统将不会执行安装。 默认安装的PFC2D将从CD - ROM安装程序，它包括样板文件，完整的PFC2D手册。 Adobe Acrobat Reader软件是必要的。2.1.3 PFC2D的组成（略）2.1.4 版本鉴定2.1.5程序启动在用户的“开始” 菜单的默认安装中将创建一个“艾塔斯卡代码”组下的“程序”。该“艾塔斯卡代码”组包含一个PFC2D捷径可用于启动代码。打开PF

32、C2D创建窗口，主窗口还设立了一个命令窗口，可根据提示直接输入PFC2D命令。打开后，PFC2D动态分配内存（即内存使用量因为该模型建造增加）。作为一个经验法则，建议4至6 MB内存可生成一个完整的PFC2D模型，否则Windows将开始交换到虚拟内存，这种交换可能会造成巨大的性能损失。此外，如果同时运行其他应用程序，会减少PFC2D的内存。（ 分配制度可控制的集记忆命令。）打开PFC2D后，键入print memory（打印内存），此命令将显示PFC2D正在利用的内存总额。PFC2D可以从命令行运行，根据可执行名称支持命令行参数。如果这些情况都出现，每个都将作为保存文件或数据文件来解释。如果

33、该文件不是有效的保存文件，那么它就是假定数据文件。自动执行还原命令保存文件，对于数据文件，自动执行提取命令。多个文件按指定的顺序提取或恢复。此外，为了能够更容易使用的批量文件处理多个数据文件，可以给从命令行给出退出的关键字，可以使代码执行停止和完全退出。2.1.6程序初始化关于启动，PFC2D将在当前文件夹中查找到文件名为“ PFC2D.INI”文件，如果没找到，可在“ C ： Program Files文件艾塔斯卡”文件夹找到该文件。“ PFC2D.INI ”文件可包含任何PFC2D 命令，预设属性计画，每次可套用PFC2D使用。 如果文件“PFC2D.INI ”并不存在，继续运行PFC2D

34、没有错误，但有些命令可能会导致错误讯息。2.1.7 实用软件和图形芯片在运行PFC2D时，几种类型的实用软件和图形设备可提供以极大的帮助。文字编辑器可用来创建PFC2D输入数据文件。任何文本编辑器，产生标准ASCII文本文件都能使用。必须注意，使用文字处理软件（例如， 的WordPerfect ， Word ）时，这些软件通常将编码格式描述成标准输出格式，这说明不会被PFC2D识别 ，将导致错误。 PFC2D输入文件必须是标准ASCII格式。PFC2D图形输出支持几种不同类型的图形设备。默认情况下，Windows将图形的产生与这些图形打印的命令（或PFC2D主窗口视图菜单的文件打印）传给打印机

35、。（请注意，可在我的电脑文档中使用Printers文件夹改变打印机的默认设置）Windows 打印机输出也是选择SET命令窗口图形。该命令集图形剪贴板指示所有图形输出到Windows剪贴板（无档案产生） 。该图像是增强型图元文件格式，它随后可以以这种格式粘贴到另一个Windows应用程序。图形集SET命令指示输出到增强型图元文件格式的磁盘上，在那里可以保存以供参考或更新嵌入Windows文件。输出的SET命令应该用“emf”扩展名设置输出文件名。请注意，可以从PFC2D主窗口菜单选择不同的图形文件输出类型。2.1.8运行PFC2DPFC2D可以以交互模式或从输入命令驱动的模式运行。如果要以PF

36、C2D代码运行，只要在开始命令窗口输入命令。 按回车键，PFC2D会执行每个命令。如果出现错误，屏幕上将显示错误信息。作为一种替代办法，可使用文字编辑器（见第2.1.7 ）创建输入的数据文件。此文件包含了一套命令可以使其进入交互模式。该数据文件可能以任意何命名，一般都用扩展名（例如，“DAT ” ）将其与其他PFC2D文件区分开（见第2.10 ）。在窗口的命令行中输入以下命令可将数据文件读入PFC2Dcall file.dat 其中“ FILE.DAT ”是用户指定的数据文件名称。可以看到PFC2D内容的每一行数据条目在屏幕上滚动。如果调用的文件位于同一文件夹中，其中“ PFC2D.EXE ”

37、正在运行，要输入档案名称的调用命令。否则，该文件只有通过完整路径（例如： C ： myfolder file.dat ）才能调用 。另外，可以从菜单文件目录调用（见第2.11 ）。2.1.9安装测试三个简单的数据文件， “ TEST1.DAT ” ， “ TEST2.DAT ”和“ TEST3.DAT ”被列入“ PFC2D310 ”目录，这样可以确保PFC2D是正确安装。这些文件为计算机测试计算内核，屏幕上的图形绘制和印刷图形设备。为了运行第三次试验，计算机必须连接Windows打印机。如果要执行这些测试，通过调用菜单（File Call）从“ PFC2D310 ”目录进入文档“ TEST1

38、.DAT ”，或在Pfc2D 提示栏中键入 call test1.dat 按回车。有几个数据条目会在屏幕上滚动，一个简单的模型将执行100 次计算。例如2.1，成功的运行“ TEST1.DAT ”。 现在，从“ PFC2D310 ”目录调用文件“ TEST2.DAT ”，或输入命令 屏幕上将会出现这一模式的图形。图形一个盒子里装一个色彩渲染的球。 按下回车键返回到Pfc2D 提示界面。如果电脑连接到Windows打印机，调用文件“ TEST3.DAT ” ，从“ PFC2D310 ”目录打开，或输入如图2.1所示图形应发送到的印表机，如果没有打印机相连，该程序退出，不加载“ TEST3.DAT

39、 ” ，输入quit退出PFC2D。如果按上述步骤不能成功地进行这三项测试，应该检查该系统是否满足要求和安装步骤第是否正确。如果仍然有困难，我们建议您联系艾塔斯卡，并描述您遇到的的问题类型和所用的计算机配置。（见第5.2节程序的错误报告）2.2 简单教程常用命令的使用在本节中给新手用户提供了一个简单的例子，可以通过它试着操作PFC2D。此范例测定一个搁置在一组圆形颗粒上的粗条形基础的承载能力。对于本教程，我们以一垂直不变的速度使基础逐渐嵌入球颗粒中（图 2.7)，并监测其产生的应力，一直进行到确定其破坏荷载。只是为了达到演示目的， 该模型非常粗糙（只产生500球），并且假设模型关于x=0平面对

40、称。这样只要求解一半的问题。（Pfc2d 指南启动”目录，数据文件“footing.DAT ” ，包含所有的命令，可进入交互模式。 ） 可以这样操作这个问题（即，从键盘键入命令，每行命令结束时敲回车，可直接看到结果） 。在艾塔斯卡码组里点击PFC2D图标，出现PFC2D主窗口，其中包含命令窗口，通过命令行开始操作Pfc2D。我们首先指定粒子为单位厚度的圆盘，键入然后，我们确定模型的边界（即墙壁包含的粒子）。通过键入如下边界墙的命令，这些命令将创建一个方块型的四面墙壁。每个墙给定一个单独的识别（身份证）号码。每一个墙的位置是由两个顶点确定，每个顶点是关键字X和Y坐标的节点。顶点的次序确定了墙的主

41、动性（即将和球接触的一面）。当我们从第一个顶点到第二个顶点时墙的左边为主动的一面。（详细命令介绍见墙的节壁几何体）。下一步，我们填充圆块（下面均称球）。通过输入命令在此命令中，我们指定球要产生的区域，球的尺寸范围和总数。每个球用数字从1至500 标记，于是500个球就生成了。装球的盒子由 确定，球的半径在0.08米和0.13米之间随机选取，如果该盒子尺寸过小或球的半径过大而容纳不下500个，系统将会减少球的数目，并显示实际数量。该模型可以通过PFC2D图形模式观察到。键入命令出现提示，在提示下键入的任何命令都将与图形命令联系，提示一般是与当前图形的名称有关。在这里，如果没有创建图形，将会显示，

42、不管其他图形有没有创建，创建了多少，这始终是成立的。为了建立一个附带图形的模型，沿着模型轴，输入如下图形命令这样就创建了一个名为基础的图形窗口，在图中显示了黄色的球，黑色的墙，棕色的轴线。可以看到此时提示栏显示，关键字显示当前的视图。图形与图2.2相似。这一图形窗口是活动的，可用键放大和用箭头移动。（为了反向放大，可同时按住和键。此外，见表1.8的图形命令或参考其他按键操作模式。 ）为了激活命令窗口，在命令窗口点击一下鼠标即可。在这里，我们介绍一些绘图功能，以提高效率。命令：它作为所有图块的总名，表示在这一章开始运行的一系列图块。对个别图块，用以下命令将把标题串起来，例如：创建的标题显见图2.

43、2 。这些标题可以定位在图形的顶部或底部， 或者完全关闭。（在命令参考中列出了图形标题设置命令的所有选择）。注意，我们可以直接指定图形格式的命令。在图2.2的标题中，给出了视图的尺寸。因此，建立了视图后可以进行交互操作，把数据转移到自己的数据文件夹中以减少区分两个相似视图的麻烦。（通过视图输出命令可将当前的视图输到文本文件中）我们可以在例二的基础上建立其他的视图，新的命令在例三中以黑体字表示。（假定提示仍然可以使用；否则在输入例2.3的命令前先输入，按回车键即可。）比较基础1和基础2的视图，可以很明显地看到它们的不同之处。为了使图形可以输出并打印，返回到，在命令窗口移动和击鼠标或按回车键，然后

44、输入可将图形传送给打印机，输出类型可根据需要改变，这在2.1.7节中将会介绍。键入关闭，此时只显示，关闭一个视图只是不再显示它，而不会将它从项目中删除。如图2.2所示该模型是在10米5m的方块中填充了500个球。从图中可以看出盒子中有很多空隙，可以生成更多的球来填充盒子。另外，可在开始时用更少的球，并增加其半径来实现最初的压缩状态模型。这种做法比较容易执行，接着会发现可以在初始孔隙的基础上得到更好的粒子压缩系统。（这种方法在3.3节中有详细介绍）在增加球的半径前，必须确定球和墙壁的刚度，下面的命令给定了四块墙的刚度：Kn和ks分别表示每块墙的抗拉和抗剪刚度，这里均以为单位。球的刚度通过下面命令

45、给出。 Kn和ks分别表示每个球的抗拉和抗剪刚度。要指定一个球的密度，关键字density是用来把密度初始化为1000 kg/m3。可以将原来的半径乘以一个大于1+的系数加以扩大，这一步的操作命令是multiply，此时可以从视图中看出，所有球的半径都会扩大1.51倍。通过键入以下命令，可以监测球体的运动，以及颗粒堆在不平衡力下的变动。通过这些命令，可以监测每5个计算时步的变化。（默认值是每10个时步）每5个时步就将得到的数据储存在一个阵列中。主要监测两个变量， 一个是在输入history命令时球体质心Y方向的速度（yvel），此例中是第130个球。另一个是系统平均不平衡力的诊断。监测模型中的

46、不平衡力往往是个不错的方法，尤其是在静态分析中，如果不平衡力到了一个极小的值，就表明系统已达到了一个平衡状态。（查看3.9.1节）现在，准备压实方盒内的小球。在给定的半径和刚度参数下，以及零摩擦力的情况下，当球体达到力学平衡时，对其运动状态进行一些计算。通过监测不平衡力下球体的速度，可以测出达到平衡状态时所需的时步。键入命令： 由于这是一个静态分析，我们使用密度缩放选项来提高求解效率。统一设定时间步长，调整惯性质量使其在求解静态问题时得到最快的收敛速度。要注意到重力作用在这里不产生影响。键入cycle命令后计算过程便开始了，屏幕上会显示循环次数，时间步长，总时间，平均不平衡力，最小不平衡力。每

47、五次循环便更新一次。总时间是计算时间而不是实际时间。同时视图会每二十次循环更新一次。（更新的时间间隔可通过命令更改。根据假设，运动方程中应用阻尼来吸收振动能量使其尽快达到力学平衡，这种阻尼形式在3.8.2.1将会介绍。可以通过查看4000次循环后第130个球体的y方向的速度和不平衡力来判断其平衡状态。键入从图2.3可以看出y方向速度的历史记录。注意到键入设置当前的视图为，hist 1命令将擦掉当前的视图，以历史名代替。如果不能将当前的视图转到，hist 1命令将会覆盖当前的视图。按回车键返回命令窗口，键入不平衡力的历史记录见图2.4。速度和不平衡力都达到零时意味着系统达到平衡状态。如刚才所提到

48、的hist2命令将当前视图替代为与hist2相关的信息。因为视图是始终可用的，它是一个有用的临时显示信息平台，作为存储项目。要注意所有的图形命令都会对当前视图产生影响。可以通过以下命令测定当前视图，在图形提示栏里键入或在pfc2d命令行中直接键入最后两个图块将显示在pfc2d的中。注意，每个过程都是通过history命令按顺序从一开始编号。返回pfc2d命令行，键入得到与每个过程对应的顺序号的清单。现在，使模型进入一个初始的应力状态，它是具有代表性的物理应力。假设只有重力作用的情况下，键入命令在沿y轴负方向便产生了一个大小为9.81m/s2的加速度。在这规定所有球的摩擦力为每个球表面的摩擦系数

49、为1.0，在重力作用下继续循环。 1000次循环后，模型在重力体力的作用下达到平衡状态。（在视图中重复图形历史的操作检查是否达到平衡）在加上重力后，模型上产生一个重力梯度，通过以下命令把接触力在图形上表示出来通过这串命令可创建一个触点压力的视图，并将它作为当前视图。球与球之间产生的触点压力将以线条表示，线条的粗细与应力的大小成比例。如图2.5所示，墙和球的触点压力就表示出来了，沿y轴负方向力的变化可通过线条的粗细变化体现出来。最好是将它保存起来，以便以后调用它进行参数的研究。返回PFC2D提示栏，键入这样就以foot1的文件名称保存起来了，一般用sav扩展名来和其它文件区分开来。现在的模型有一

50、系列的视图，如前所述，键入命令将会显示视图清单，有箭头的视图表示可以进行进一步的操作。键入命令便会对当前视图进行详细描述，包括所有的设置。键入下面的命令可查看图形条目通过键入下面的命令可将接触压力视图转换成基础视图任何已产生的视图可被直接绘制，而不需提到当前。其命令为这里的viewname是被选定的要绘制的视图名。（注意到这个命令没有使它成为当前视图）在这一阶段的分析中，将顶部的墙（第3块墙）移去，加上基础荷载。其命令为3号墙被删除，用10号墙来表示基础，表示基础的墙放置在模型的中间，宽度为两米的一半，使基础以的速度沿y轴负方向运动。（在密度尺度上单位是米每步，如果要进行一个完整的动态分析，单

51、位就会是长度/时间）在所有接触点设定一个正应力和剪应力，用来模拟在加以基础荷载前产生的原始粘合凝聚力，其命令为设定正向和切向的接触粘合强度为，这个粘聚力在球之间的摩擦力之上，即球之间不发生滑动。如果超过这个强度，接触点破坏，不再存在粘聚力，这时摩擦力才起作用。为了监测当基础被压入球中时应力的变化，输入history命令10号墙上所有的应力将会每隔5步变动一次并记录下来，继续再循环2000次，时步为1.0，速度为0.0005，基础将沿y轴负方向移动一米。循环停止后，基础的y方向的应力历史将在视图中表示出来。如图2.6所示，墙中最大应力约为。因此，半宽（1米）的条形基础（单位厚度），承载能力约为6

52、MPa。我们也可以查看模型中基础荷载对接触力的影响。按顺序键入命令：可以得到如图2.7所示的图形。为了得到类似的图形，我们复制了以前的视图。我们可以复制视图的内容或视图设置，或同时从一个视图到另外一个，产生一系列类似的视图。每个相同或不同的变量以绘图条目的形式展示出来。初始教程先介绍到这里。在接下来的Getting Started部分，将介绍在这个例子中加入更复杂的东西，包括在基础下面开挖球体，以及如何稳定开挖。建议初学读者阅读其余Getting Started的指南。当熟悉代码后，再参看Section3。2.3术语PFC2D中的术语。如图2.8。PFC2D模型：由用户建立模拟物理问题。BAL

53、L：ball可以是球体，也可以是指定厚度的圆盘。Ball的另一名称即颗粒。Wall：有两种墙，标准墙和一般墙。一般墙在几何形状上和标准墙不同，且一般墙的两边都是激活的。标准墙是一条或多条线段，并在与颗粒的交界面上任意定义接触特性。墙与相互作用的颗粒之间，有一个活跃边。Contact：球与球或球与墙之间通过点接触相互作用。接触通过球与球或球与墙的重叠来创建，该重叠与物理变形相对应。Model boundary：模型边界。墙可以用来定义模型边界，或者规定一组球的速度。CLUSTER：簇，簇内颗粒是粘结在一起的，用来模拟角或块体。簇与簇之间可以相互作用并近似模拟块体系统的行为。簇可以表示自然结构，例

54、如块状岩体或任意结构（隧道线或钢筋等）。簇内颗粒间的粘结可以发生破坏而分离。聚粒（超级颗粒）：组成聚粒的颗粒彼此间保持固定距离，且不能分开，像一个具有柔性边界的刚体。DISCONTINUITY：一个间断由块体系统中相互分离的颗粒簇的一个或多个接触组成，并具有不同于颗粒簇内部的接触特性。间断可以表示岩体中的节理、断层或基岩等。BOUNDARY CONDITION：边界条件。模型边界的限制和控制条件。例如，可以给一个墙指定速度，或给多个墙指定速度和外力。INITIAL CONTINUITY：初始条件。ID NUMBER：具有ID号的模型单元有，balls,walls,measurement cir

55、cles,histories,tables,clumps and plot items 使用PRINT命令可以得到ID号。ID号可以由用户指定，也可以有程序自动分配。RANG：范围，即一个变量的边界。GROUP：一组同名的球。组可以用来限制一些命令仅作用在组内成员上。CYCLE OR STEP：得到静态解的平衡状态需要经历的计算步数。Unbalanced force：不平衡力。在数值计算中最大的不平衡力不可能完全为零。当最大（或平均）不平衡力与组装的颗粒之间的最大（或平均）接触力相比很小时，认为模型达到平衡状态。如果不平衡力为一个非零的常数，那么很可能模型中发生错误和颗粒流。STATIC SOLUTION：静力求解。当模型中动能的变化率可以忽略时，达到静态或准静态解。这是通过阻尼方程来实现的。Dynamic solution：动力求解。动力求解涉及到高频和短期作用的荷载。CONTACT MODEL：接触模型。BOND/BONDING：颗粒可以通过接触粘结。有两种粘结模型：接触粘结模型和平行粘结模型。两种模型都可以认为两个颗粒间由胶水粘结。接触粘结模型只能传递力，平行粘结模型可以传递力和力矩。Measurement circle：用户可以定义一个测量圆的位置和大小，以测量圆形区域内的孔隙比、应力、应变率、坐标及滑动摩擦。Porosity：颗粒间的空隙所占