离散元软件PFC入门指导

1、PFC2D粒子流软件研修中模拟科技有限公司，主要内容，第一部分PFC2D粒子流程序介绍第二部分有限差分法基础介绍第三部分离散元法基础介绍第四部分PFC2D的使用，第一部分PFC2D粒子流程序介绍1 .理论背景2，粒子流方法的基本假设3，粒子流方法的特征4，可选择特性5， 应用领域6，在求解步骤中，作为离散元之一是二次元粒子流计程仪柱的数值模拟新技术，其理论基础是利用cunda即圆形(或异型)离散馀弦针织面料来模拟粒子介质的运动及其相互作用。 粒子在每个时刻的位置和速度由平面内的平移运动方程式和旋转运动方程式来决定。 作为研究粒子介质特性的一个工具，采用代表性的数百至数万个粒子用户针织面料，通过

2、数值模拟实验得到粒子介质结构模型。 1 .理论背景，粒子流(pfc2d )或二次元粒子流计程仪程序(particlefollowcode2dimension )通过离散单元法模拟圆形粒子介质的运动及其相互作用。 最初，该方法是研究粒子介质特性的工具，希望用数值方法将物体分为代表性的数百个粒子单位，利用该局部模拟结果研究边值间问题连续修正算法的本构模型。 以下两个因素促进了PFC2D方法的变革和发展，(1)现场实验很难得到粒子介质结构模型，(2)随着微机功能的逐步增强，可以使用粒子模型对整个问题进行仿真，有些结构特性在模型中因此，PFC2D成为模拟固体力学和粒子流问题的有效手段。 2 .粒子流方

3、法的基本假定、粒子流方法在模拟中假定为： 1 )粒子单位为刚体的2 )接触在狭小的范围、即点接触中发生的3 )接触特性为柔软的接触，接触部位允许一定的“重叠”量4 )“过说唱乐”量的大小与接触力的关系与粒子的大小相比，“过说唱乐”量小5 )接触处有特殊的接续强度6 )粒子尤针织面料为圆盘状(或者球形)。 其中，粒子为刚体的假设对于模拟介质的运动仅沿着相互的接触面的表面发生的问题是重要的，土砂、粮食等粒子组合物材料，如果利用这样的假设，则作为整体，不是刚性粒子本身的变形，而是由粒子刚体间的滑动、旋转、接触面的打开、封闭引起的材料粒料可以表示磨粒等材料中的个别粒子，也可以表示混合土或岩石等固体物。

4、 粘接渐进破坏的话会破裂。 粘接的集合体可以是各向同性的，也可以分割成离散的区域或子摇滾乐整体。 可以用处理整个多边形子摇滾乐的离散针织面料计程仪柱UDEC和3DEC中仿真这样的物理系统。 PFC2D有三个优点。 第一，它可能是高效的。 这是因为圆形物体间的接触检测比角状物体间的接触检测简单。 第二，可以模拟的位移大小实质上没有限制。 第三，这些个由粘结的粒子构成，所以UDEC和3DEC模拟的布摇滾乐可以使布摇滾乐破裂，以免其破裂。 使用PFC2D模拟经摇滾乐化系统的缺点在于，块摇滾乐的边界不平坦，并且用户必须接受不均匀的边界，而代替PFC2D提供的优点。 PFC2D的几何特征、物理特性、解题

5、条件的说明并不像FLAC和UDEC堆计程仪程序那样直率。 例如，使用连续媒体计程仪程序创建网格、设置初始压力、设置固定或自由边界。在诸如PFC2D的粒子计程仪报中，由于没有将多个粒子组合在一个指定空间中的唯一方式，所以不能通常预先指定粒子紧密组合的状态。 在得到必要的孔隙率之前，必须追踪物体的压实化这样的过程。 由于粒子的相对位置变化产生接触力，初始应力状态的决定与初期压实有关。 边界条件的设置比连续媒体计程仪节目更复杂，因为边界不由平面组成。 当要求满足实验室实际测试的模拟物体的力学特性时，出现了更大的困难。 从某种意义上说，这是一个反复实验的过程，因为目前尚不完善的理论可以从微观特性预见宏

6、命令观特性。 但是，提供一些指导原则应该有助于模型和手板模型的匹配，包括影响力学行为某一方面的因素和不影响力学行为的因素。 应该意识到由于现有知识的制约，这种模拟很难。 然而，在PFC2D中进行的实验可获得一些基本认识，尤其是对固体力学、断裂力学和损伤力学的认识。 PFC2D能够模拟任意大小的圆形粒子集合体的动态力学行为。 粒子生成器是根据粒子的指定分布规则自动随机生成的.化学基。 粒子半径分布均匀，或按照高斯分布规律分布。 初始孔隙率一般较高，但通过控制粒子半径的扩大可以得到密度压实。 任何阶段任何因素都可以改变半径。 因此，不重复试验就能够得到规定的空孔度的压实状态。 的双曲馀弦值。 属性

7、与单个粒子或联系性相关联，而不是与类型编号相关联。 因此，可以指定属性和半径的连续变化梯度。 “生成器”沿指定的基线修改接触轮廓。 假设这些个的线与粒子集合体重合。 用这种方法，可以使模型成为岩石的节理切割等组合的弱面。 粒子颜色也是属性，用户可以指定不同的标记方案。 PFC2D模型以双精度数据记住坐标和半径，以防止数据长期漂移。 接触的相对位移直接根据坐标而不是位移增量进行修正。 接触特性为：1)由直线弹簧或简化的Hertz-Mindlin准则构成；2 )库仑滑块；3 )粘合类型：粘合接触能承受拉伸力，粘合有有限的抗张强度和抗剪强度。 可设定2种粘接、接触粘接、平行粘接。 这两种粘接对应于两

8、种可能的物理接触：接触粘接再现作用于接触点小区域的附着作用，接触粘接再现作用于接触点小区域的附着作用，平行粘接再现粒子接触后浇注其他材料的作用(水泥砂浆等)。 平行粘合中附加材料的有效刚度具有接触点的刚度。 布摇滾乐逻辑通讯端口附属粒子群和布摇滾乐体的制作，促进普计程仪拉姆的普及。 布摇滾乐内的粒子可以重叠到任意程度，对于作为刚体具有可变形边界的每个布摇滾乐，可以制成一般形状的超级粒子。 指定墙的速度、混合粒子的速度、外力和重力，并将其加载到系统中。 扩展FISH库提供用于指定集合中的应力场和应用应力边界条件的函数。 修正时间步长会自动进行，包括Hertz接触模型刚度变化的影响。 在模拟过程中

9、，每个粒子周围的接触数和瞬间刚度值也会改变时间步长。 根据估计的粒子数，单元格映射策略使用最佳的单元格数，自动调整单元格的外部尺寸，以匹配指定为缺少粒子的新对象。 小区映射方式通讯端口接触检测算法，保证修正时间根据粒子数线性增加，而不是二次增加。 的双曲馀弦值。 与FLAC一样，PFC提供局部非粘性阻尼大头针。 对于这种舞蹈大头针形态，1 )对于等速运动，具有体力接近零，只能在加速运动时进行舞蹈大头针的优点2 )阻尼系数是无量纲3 )由于阻尼系数不随频率变化，集合体中具有不同自然周期的区域同等衰减，采用相同的阻尼系数。 PFC2D可以在半静态模式下运行，快速收敛到静态解，也可以在完全动态模式下

10、运行。PFC2D包含强大的内置软件编程语言FISH，用户可以定义新的变量和函数，以满足用户的特定需要。 例如，用户可以定义特殊材料的模型和特性、载入方法、实验条件的伺服控制、模拟顺序、用户定义变量的绘图和打印等。 4 )任选特性；1 )热学分析；2 )并行处理技术；3 )可以编写用户定义的接触模型；4 )用户编写c柱计程仪的c柱计程仪编程。 热学选项用于模拟材料中热的瞬间流动以及热感应位移和力的顺序发展。 热学模型可以独立运行，也可以与力学模型相结合。 通过修正粒子半径和平行粘接受到的力，使之产生热应变，说明粒子和粘接材料的热量。 用户定义的接触结构模型可以用习语言编写、编译为动态链接库文件，

11、并在必要时加载。 用户编写的c plum计程仪选项允许用户在习语言上写入自各儿的plum计程仪，并创建可执行的PFC2D个人版本。 使用此选项可以显着提高执行速度，而不是FISH函数。 并行处理技术可以将一个PFC2D模型划分为多个部分，并在单独的处理器上并行运行每个部分。 与PFC2D模型在一个处理器上运行相比，并行处理大大提高了内存容量和校正速度。 5、在应用领域，PFC2D能够同时解决静态问题和动态问题，既可用于残奥仪表预测，也可用于原始资料详细情况下的实际仿真。 PFC2D仿真可以代替室内检测。 在对岩石和土体钻井问题的研究和修订中，实测资料相对较少，也只能部分吃不透出初始应力、不连续

12、性等问题。 另一方面，在松散介质的流动问题中，很难定量记述影响流动介质不规则分布的影响因素。 因而，能够应用PFC2D以初步研究影响整个系统的若干残奥仪表的特性以理解整个系统的特性，然后简单地设定和校正整个模型仿真过程。 PFC2D可以模拟粒子间的相互作用问题、大变形问题、破坏问题等，(1)槽、管、料斗、筒仓中的稀疏物体的流动问题(2)矿山开采中岩体的断裂、塌陷、破碎和岩体的流动问题(3)铸造模型中粉体的压实问题(4)由粘结粒子构成的物体的碰撞及其动态破坏(5) 南朝梁结构的地震响应和衰变(6)粒子材料的基本特性研究，如屈服、流动、体积变化等(7)固体的基本特性研究，如累积破坏、破坏。 (6)

13、求解步骤，1 )定义模拟对象根据模拟意图定义模型的详细步骤，在仅判断某力学反应历程的差异的情况下，能够制作比较粗略的模型，只要能够表现出对模型解释的反应历程，就能够得到对模拟问题不太影响的特性2 )建立力学模型的基本概念，首先对分析对象形成一定初始特性的初步概念。 因此，首先应提出系统是否为不稳定的系统、问题变形的大小、主要力学特性是否非线性、介质的不连续性需要定义的有木有、系统边界是实际边界还是无限边界、系统结构有无对称性等问题。 综合以上内容，记述了粒子用户针织面料的设定、接触类型的选择、边界条件的决定、初始平衡态的解析等模型的大致特征。 3 )可以通过在建构和执行简化模型的实际工程模型之

14、前，建构并执行一系列简化测试模型，来提高分解效率。 通过这种先行简化模型的执行，有必要更好地理解力学系统的概念，在分析简化模型的结果之后(比如，所选接触类型是否是代表性的、边界条件对模型结果的影响的程度等等)修改第二步骤。4 )补充仿真问题的数据资料仿真实际工程问题需要大量简化模型运行的结果，对地质力学来说是： a )几何特性，如包括地下挖掘酮室的形状、地形、坝体形状、岩土构造等的b )断层、节理、层面等地质构造位置c )弹塑性； 后破坏特性等材料特性d)insitu应力状态、空隙压力、饱和度等初期条件e )冲击负荷、挖掘应力等外负荷。 由于存在实际工程特性的不真实自我(特别是应力状态、变形、

15、强度特性)，需要选择合理的残奥仪表研究范围。 第三步是简化模型的运行，以便于这一选择，并为进一步的考试提供资料。 5 )模拟运行的进一步准备a )合理确定每一步所需时间，运行时间过长难以得到有意义的结论，因此应考虑在多个修正机上云同步运行。 b )模型的运行状态必须及时保存，以便在后续运行中调用结果。 例如，如果分析有多个卸载过程，则可以轻松返回到每个过程，更改残奥仪表，然后继续执行。 c )在程序中设置一盏茶的监视点(例如，残奥表的变化部位、不平衡等)，随时比较分析中间模拟结果，分析粒子的流化态。 6 )执行修正模型在模型正式执行之前先执行一些检验模型，然后暂停，根据一些特性残奥仪表的实验或

16、理论修正结果检查仿真结果是否合理，一旦确定模型正确执行，所有的数据格拉夫必须集中反应要分析的区域，例如应力集中区域，以便各种修正结果可以方便地输出分析。 根据第二部分有限差分法基础介绍，连续介质三次元快速雷格林模量有限差分修正方法(FLAC3D )是近20年来逐渐成熟完善的一种新的数值修正方法，能够基于显式有限差分法求解运动方程和动力方程，模拟岩土或其他材料的三次元力学行为。 在求解时首先将修正区域离散化，分为几个三次元单元，单元间用结节点连接，在载荷作用于结节点后，其平衡方程(运动方程)的时间步长可写出t的有限差分形式，由于采用动态应力松弛显式差分求解技术，在某一微小时间段，作用于其结节点的

17、载荷只影响周围的几个结节点另外，根据小区节点的速度变化和时间带t，可以确定小区之间的相对位移并利用小区材料的基本结构关系确定小区应力。 在此基础上，求出单元间的不平衡力，使该不平衡力再作用于节点，进行下一个反复过程，直到系统整体的不平衡力变小为一盏茶、或节点的位移平衡为止。 FLAC3D能够解决许多有限元计程仪程序难以仿真的复杂工程问题(分布开挖、大变形、非线性和不稳定系统(大面积屈服/失稳或完全倒塌)。第三部分离散元法基础介绍、离散馀针织面料法是一种模拟不连续介质的修正算法，Cundall年代提出以来，广泛应用于岩石力学、土力学、结构分析等领域的数值模拟，是一种新的不连续统分析方法。 离散馀

18、针织面料法行政许可了欧针织面料之间的相对运动，不一定满足位移连续和变形协调条件，修正计算速度快，所需储存空间小，特别适合节理岩体的大位移、大变形分析。 离散馀针织面料法自诞生以来取得了显着的发展，成为解决岩石力学问题的重要数值方法。 工程中所见的岩体形态呈不连续结构，所形成的岩石块摇滾乐体的运动和受力情况几乎都是或材料的非线性问题，因此解决连续介质力学问题的有限尤针织面料法或边界尤针织面料法等难以使用。 用数值方法求解，离散馀针织面料法考虑到岩体结构的不连续性，适用于节理岩石力学问题的解决。近年来，离散元法的应用领域已经扩展到解决从连续介质向不连续介质转换的力学问题。 混凝土等脆性材料由冲击、侵入等动载荷产生的损伤和破坏，其本质是力学模型从连续统向不连续统的转变过程。 传统的基于连续介质力学的有限单元法等