1、PFC2D粒子流軟件研修中模擬科技有限公司，主要內(nèi)容，第一部分PFC2D粒子流程序介紹第二部分有限差分法基礎(chǔ)介紹第三部分離散元法基礎(chǔ)介紹第四部分PFC2D的使用，第一部分PFC2D粒子流程序介紹1 .理論背景2，粒子流方法的基本假設(shè)3，粒子流方法的特征4，可選擇特性5， 應(yīng)用領(lǐng)域6，在求解步驟中，作為離散元之一是二次元粒子流計(jì)程儀柱的數(shù)值模擬新技術(shù)，其理論基礎(chǔ)是利用cunda即圓形(或異型)離散馀弦針織面料來(lái)模擬粒子介質(zhì)的運(yùn)動(dòng)及其相互作用。 粒子在每個(gè)時(shí)刻的位置和速度由平面內(nèi)的平移運(yùn)動(dòng)方程式和旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)方程式來(lái)決定。 作為研究粒子介質(zhì)特性的一個(gè)工具，采用代表性的數(shù)百至數(shù)萬(wàn)個(gè)粒子用戶針織面料，通過(guò)

2、數(shù)值模擬實(shí)驗(yàn)得到粒子介質(zhì)結(jié)構(gòu)模型。 1 .理論背景，粒子流(pfc2d )或二次元粒子流計(jì)程儀程序(particlefollowcode2dimension )通過(guò)離散單元法模擬圓形粒子介質(zhì)的運(yùn)動(dòng)及其相互作用。 最初，該方法是研究粒子介質(zhì)特性的工具，希望用數(shù)值方法將物體分為代表性的數(shù)百個(gè)粒子單位，利用該局部模擬結(jié)果研究邊值間問(wèn)題連續(xù)修正算法的本構(gòu)模型。 以下兩個(gè)因素促進(jìn)了PFC2D方法的變革和發(fā)展，(1)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)驗(yàn)很難得到粒子介質(zhì)結(jié)構(gòu)模型，(2)隨著微機(jī)功能的逐步增強(qiáng)，可以使用粒子模型對(duì)整個(gè)問(wèn)題進(jìn)行仿真，有些結(jié)構(gòu)特性在模型中因此，PFC2D成為模擬固體力學(xué)和粒子流問(wèn)題的有效手段。 2 .粒子流方

3、法的基本假定、粒子流方法在模擬中假定為： 1 )粒子單位為剛體的2 )接觸在狹小的范圍、即點(diǎn)接觸中發(fā)生的3 )接觸特性為柔軟的接觸，接觸部位允許一定的“重疊”量4 )“過(guò)說(shuō)唱樂(lè)”量的大小與接觸力的關(guān)系與粒子的大小相比，“過(guò)說(shuō)唱樂(lè)”量小5 )接觸處有特殊的接續(xù)強(qiáng)度6 )粒子尤針織面料為圓盤(pán)狀(或者球形)。 其中，粒子為剛體的假設(shè)對(duì)于模擬介質(zhì)的運(yùn)動(dòng)僅沿著相互的接觸面的表面發(fā)生的問(wèn)題是重要的，土砂、糧食等粒子組合物材料，如果利用這樣的假設(shè)，則作為整體，不是剛性粒子本身的變形，而是由粒子剛體間的滑動(dòng)、旋轉(zhuǎn)、接觸面的打開(kāi)、封閉引起的材料粒料可以表示磨粒等材料中的個(gè)別粒子，也可以表示混合土或巖石等固體物。

4、 粘接漸進(jìn)破壞的話會(huì)破裂。 粘接的集合體可以是各向同性的，也可以分割成離散的區(qū)域或子搖滾樂(lè)整體。 可以用處理整個(gè)多邊形子搖滾樂(lè)的離散針織面料計(jì)程儀柱UDEC和3DEC中仿真這樣的物理系統(tǒng)。 PFC2D有三個(gè)優(yōu)點(diǎn)。 第一，它可能是高效的。 這是因?yàn)閳A形物體間的接觸檢測(cè)比角狀物體間的接觸檢測(cè)簡(jiǎn)單。 第二，可以模擬的位移大小實(shí)質(zhì)上沒(méi)有限制。 第三，這些個(gè)由粘結(jié)的粒子構(gòu)成，所以UDEC和3DEC模擬的布搖滾樂(lè)可以使布搖滾樂(lè)破裂，以免其破裂。 使用PFC2D模擬經(jīng)搖滾樂(lè)化系統(tǒng)的缺點(diǎn)在于，塊搖滾樂(lè)的邊界不平坦，并且用戶必須接受不均勻的邊界，而代替PFC2D提供的優(yōu)點(diǎn)。 PFC2D的幾何特征、物理特性、解題

5、條件的說(shuō)明并不像FLAC和UDEC堆計(jì)程儀程序那樣直率。 例如，使用連續(xù)媒體計(jì)程儀程序創(chuàng)建網(wǎng)格、設(shè)置初始?jí)毫?、設(shè)置固定或自由邊界。在諸如PFC2D的粒子計(jì)程儀報(bào)中，由于沒(méi)有將多個(gè)粒子組合在一個(gè)指定空間中的唯一方式，所以不能通常預(yù)先指定粒子緊密組合的狀態(tài)。 在得到必要的孔隙率之前，必須追蹤物體的壓實(shí)化這樣的過(guò)程。 由于粒子的相對(duì)位置變化產(chǎn)生接觸力，初始應(yīng)力狀態(tài)的決定與初期壓實(shí)有關(guān)。 邊界條件的設(shè)置比連續(xù)媒體計(jì)程儀節(jié)目更復(fù)雜，因?yàn)檫吔绮挥善矫娼M成。 當(dāng)要求滿足實(shí)驗(yàn)室實(shí)際測(cè)試的模擬物體的力學(xué)特性時(shí)，出現(xiàn)了更大的困難。 從某種意義上說(shuō)，這是一個(gè)反復(fù)實(shí)驗(yàn)的過(guò)程，因?yàn)槟壳吧胁煌晟频睦碚摽梢詮奈⒂^特性預(yù)見(jiàn)宏

6、命令觀特性。 但是，提供一些指導(dǎo)原則應(yīng)該有助于模型和手板模型的匹配，包括影響力學(xué)行為某一方面的因素和不影響力學(xué)行為的因素。 應(yīng)該意識(shí)到由于現(xiàn)有知識(shí)的制約，這種模擬很難。 然而，在PFC2D中進(jìn)行的實(shí)驗(yàn)可獲得一些基本認(rèn)識(shí)，尤其是對(duì)固體力學(xué)、斷裂力學(xué)和損傷力學(xué)的認(rèn)識(shí)。 PFC2D能夠模擬任意大小的圓形粒子集合體的動(dòng)態(tài)力學(xué)行為。 粒子生成器是根據(jù)粒子的指定分布規(guī)則自動(dòng)隨機(jī)生成的.化學(xué)基。 粒子半徑分布均勻，或按照高斯分布規(guī)律分布。 初始孔隙率一般較高，但通過(guò)控制粒子半徑的擴(kuò)大可以得到密度壓實(shí)。 任何階段任何因素都可以改變半徑。 因此，不重復(fù)試驗(yàn)就能夠得到規(guī)定的空孔度的壓實(shí)狀態(tài)。 的雙曲馀弦值。 屬性

7、與單個(gè)粒子或聯(lián)系性相關(guān)聯(lián)，而不是與類型編號(hào)相關(guān)聯(lián)。 因此，可以指定屬性和半徑的連續(xù)變化梯度。 “生成器”沿指定的基線修改接觸輪廓。 假設(shè)這些個(gè)的線與粒子集合體重合。 用這種方法，可以使模型成為巖石的節(jié)理切割等組合的弱面。 粒子顏色也是屬性，用戶可以指定不同的標(biāo)記方案。 PFC2D模型以雙精度數(shù)據(jù)記住坐標(biāo)和半徑，以防止數(shù)據(jù)長(zhǎng)期漂移。 接觸的相對(duì)位移直接根據(jù)坐標(biāo)而不是位移增量進(jìn)行修正。 接觸特性為：1)由直線彈簧或簡(jiǎn)化的Hertz-Mindlin準(zhǔn)則構(gòu)成；2 )庫(kù)侖滑塊；3 )粘合類型：粘合接觸能承受拉伸力，粘合有有限的抗張強(qiáng)度和抗剪強(qiáng)度。 可設(shè)定2種粘接、接觸粘接、平行粘接。 這兩種粘接對(duì)應(yīng)于兩

8、種可能的物理接觸：接觸粘接再現(xiàn)作用于接觸點(diǎn)小區(qū)域的附著作用，接觸粘接再現(xiàn)作用于接觸點(diǎn)小區(qū)域的附著作用，平行粘接再現(xiàn)粒子接觸后澆注其他材料的作用(水泥砂漿等)。 平行粘合中附加材料的有效剛度具有接觸點(diǎn)的剛度。 布搖滾樂(lè)邏輯通訊端口附屬粒子群和布搖滾樂(lè)體的制作，促進(jìn)普計(jì)程儀拉姆的普及。 布搖滾樂(lè)內(nèi)的粒子可以重疊到任意程度，對(duì)于作為剛體具有可變形邊界的每個(gè)布搖滾樂(lè)，可以制成一般形狀的超級(jí)粒子。 指定墻的速度、混合粒子的速度、外力和重力，并將其加載到系統(tǒng)中。 擴(kuò)展FISH庫(kù)提供用于指定集合中的應(yīng)力場(chǎng)和應(yīng)用應(yīng)力邊界條件的函數(shù)。 修正時(shí)間步長(zhǎng)會(huì)自動(dòng)進(jìn)行，包括Hertz接觸模型剛度變化的影響。 在模擬過(guò)程中

9、，每個(gè)粒子周圍的接觸數(shù)和瞬間剛度值也會(huì)改變時(shí)間步長(zhǎng)。 根據(jù)估計(jì)的粒子數(shù)，單元格映射策略使用最佳的單元格數(shù)，自動(dòng)調(diào)整單元格的外部尺寸，以匹配指定為缺少粒子的新對(duì)象。 小區(qū)映射方式通訊端口接觸檢測(cè)算法，保證修正時(shí)間根據(jù)粒子數(shù)線性增加，而不是二次增加。 的雙曲馀弦值。 與FLAC一樣，PFC提供局部非粘性阻尼大頭針。 對(duì)于這種舞蹈大頭針形態(tài)，1 )對(duì)于等速運(yùn)動(dòng)，具有體力接近零，只能在加速運(yùn)動(dòng)時(shí)進(jìn)行舞蹈大頭針的優(yōu)點(diǎn)2 )阻尼系數(shù)是無(wú)量綱3 )由于阻尼系數(shù)不隨頻率變化，集合體中具有不同自然周期的區(qū)域同等衰減，采用相同的阻尼系數(shù)。 PFC2D可以在半靜態(tài)模式下運(yùn)行，快速收斂到靜態(tài)解，也可以在完全動(dòng)態(tài)模式下

10、運(yùn)行。PFC2D包含強(qiáng)大的內(nèi)置軟件編程語(yǔ)言FISH，用戶可以定義新的變量和函數(shù)，以滿足用戶的特定需要。 例如，用戶可以定義特殊材料的模型和特性、載入方法、實(shí)驗(yàn)條件的伺服控制、模擬順序、用戶定義變量的繪圖和打印等。 4 )任選特性；1 )熱學(xué)分析；2 )并行處理技術(shù)；3 )可以編寫(xiě)用戶定義的接觸模型；4 )用戶編寫(xiě)c柱計(jì)程儀的c柱計(jì)程儀編程。 熱學(xué)選項(xiàng)用于模擬材料中熱的瞬間流動(dòng)以及熱感應(yīng)位移和力的順序發(fā)展。 熱學(xué)模型可以獨(dú)立運(yùn)行，也可以與力學(xué)模型相結(jié)合。 通過(guò)修正粒子半徑和平行粘接受到的力，使之產(chǎn)生熱應(yīng)變，說(shuō)明粒子和粘接材料的熱量。 用戶定義的接觸結(jié)構(gòu)模型可以用習(xí)語(yǔ)言編寫(xiě)、編譯為動(dòng)態(tài)鏈接庫(kù)文件，

11、并在必要時(shí)加載。 用戶編寫(xiě)的c plum計(jì)程儀選項(xiàng)允許用戶在習(xí)語(yǔ)言上寫(xiě)入自各兒的plum計(jì)程儀，并創(chuàng)建可執(zhí)行的PFC2D個(gè)人版本。 使用此選項(xiàng)可以顯著提高執(zhí)行速度，而不是FISH函數(shù)。 并行處理技術(shù)可以將一個(gè)PFC2D模型劃分為多個(gè)部分，并在單獨(dú)的處理器上并行運(yùn)行每個(gè)部分。 與PFC2D模型在一個(gè)處理器上運(yùn)行相比，并行處理大大提高了內(nèi)存容量和校正速度。 5、在應(yīng)用領(lǐng)域，PFC2D能夠同時(shí)解決靜態(tài)問(wèn)題和動(dòng)態(tài)問(wèn)題，既可用于殘奧儀表預(yù)測(cè)，也可用于原始資料詳細(xì)情況下的實(shí)際仿真。 PFC2D仿真可以代替室內(nèi)檢測(cè)。 在對(duì)巖石和土體鉆井問(wèn)題的研究和修訂中，實(shí)測(cè)資料相對(duì)較少，也只能部分吃不透出初始應(yīng)力、不連續(xù)

12、性等問(wèn)題。 另一方面，在松散介質(zhì)的流動(dòng)問(wèn)題中，很難定量記述影響流動(dòng)介質(zhì)不規(guī)則分布的影響因素。 因而，能夠應(yīng)用PFC2D以初步研究影響整個(gè)系統(tǒng)的若干殘奧儀表的特性以理解整個(gè)系統(tǒng)的特性，然后簡(jiǎn)單地設(shè)定和校正整個(gè)模型仿真過(guò)程。 PFC2D可以模擬粒子間的相互作用問(wèn)題、大變形問(wèn)題、破壞問(wèn)題等，(1)槽、管、料斗、筒倉(cāng)中的稀疏物體的流動(dòng)問(wèn)題(2)礦山開(kāi)采中巖體的斷裂、塌陷、破碎和巖體的流動(dòng)問(wèn)題(3)鑄造模型中粉體的壓實(shí)問(wèn)題(4)由粘結(jié)粒子構(gòu)成的物體的碰撞及其動(dòng)態(tài)破壞(5) 南朝梁結(jié)構(gòu)的地震響應(yīng)和衰變(6)粒子材料的基本特性研究，如屈服、流動(dòng)、體積變化等(7)固體的基本特性研究，如累積破壞、破壞。 (6)

13、求解步驟，1 )定義模擬對(duì)象根據(jù)模擬意圖定義模型的詳細(xì)步驟，在僅判斷某力學(xué)反應(yīng)歷程的差異的情況下，能夠制作比較粗略的模型，只要能夠表現(xiàn)出對(duì)模型解釋的反應(yīng)歷程，就能夠得到對(duì)模擬問(wèn)題不太影響的特性2 )建立力學(xué)模型的基本概念，首先對(duì)分析對(duì)象形成一定初始特性的初步概念。 因此，首先應(yīng)提出系統(tǒng)是否為不穩(wěn)定的系統(tǒng)、問(wèn)題變形的大小、主要力學(xué)特性是否非線性、介質(zhì)的不連續(xù)性需要定義的有木有、系統(tǒng)邊界是實(shí)際邊界還是無(wú)限邊界、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)有無(wú)對(duì)稱性等問(wèn)題。 綜合以上內(nèi)容，記述了粒子用戶針織面料的設(shè)定、接觸類型的選擇、邊界條件的決定、初始平衡態(tài)的解析等模型的大致特征。 3 )可以通過(guò)在建構(gòu)和執(zhí)行簡(jiǎn)化模型的實(shí)際工程模型之

14、前，建構(gòu)并執(zhí)行一系列簡(jiǎn)化測(cè)試模型，來(lái)提高分解效率。 通過(guò)這種先行簡(jiǎn)化模型的執(zhí)行，有必要更好地理解力學(xué)系統(tǒng)的概念，在分析簡(jiǎn)化模型的結(jié)果之后(比如，所選接觸類型是否是代表性的、邊界條件對(duì)模型結(jié)果的影響的程度等等)修改第二步驟。4 )補(bǔ)充仿真問(wèn)題的數(shù)據(jù)資料仿真實(shí)際工程問(wèn)題需要大量簡(jiǎn)化模型運(yùn)行的結(jié)果，對(duì)地質(zhì)力學(xué)來(lái)說(shuō)是： a )幾何特性，如包括地下挖掘酮室的形狀、地形、壩體形狀、巖土構(gòu)造等的b )斷層、節(jié)理、層面等地質(zhì)構(gòu)造位置c )彈塑性； 后破壞特性等材料特性d)insitu應(yīng)力狀態(tài)、空隙壓力、飽和度等初期條件e )沖擊負(fù)荷、挖掘應(yīng)力等外負(fù)荷。 由于存在實(shí)際工程特性的不真實(shí)自我(特別是應(yīng)力狀態(tài)、變形、

15、強(qiáng)度特性)，需要選擇合理的殘奧儀表研究范圍。 第三步是簡(jiǎn)化模型的運(yùn)行，以便于這一選擇，并為進(jìn)一步的考試提供資料。 5 )模擬運(yùn)行的進(jìn)一步準(zhǔn)備a )合理確定每一步所需時(shí)間，運(yùn)行時(shí)間過(guò)長(zhǎng)難以得到有意義的結(jié)論，因此應(yīng)考慮在多個(gè)修正機(jī)上云同步運(yùn)行。 b )模型的運(yùn)行狀態(tài)必須及時(shí)保存，以便在后續(xù)運(yùn)行中調(diào)用結(jié)果。 例如，如果分析有多個(gè)卸載過(guò)程，則可以輕松返回到每個(gè)過(guò)程，更改殘奧儀表，然后繼續(xù)執(zhí)行。 c )在程序中設(shè)置一盞茶的監(jiān)視點(diǎn)(例如，殘奧表的變化部位、不平衡等)，隨時(shí)比較分析中間模擬結(jié)果，分析粒子的流化態(tài)。 6 )執(zhí)行修正模型在模型正式執(zhí)行之前先執(zhí)行一些檢驗(yàn)?zāi)Ｐ?，然后暫停，根?jù)一些特性殘奧儀表的實(shí)驗(yàn)或

16、理論修正結(jié)果檢查仿真結(jié)果是否合理，一旦確定模型正確執(zhí)行，所有的數(shù)據(jù)格拉夫必須集中反應(yīng)要分析的區(qū)域，例如應(yīng)力集中區(qū)域，以便各種修正結(jié)果可以方便地輸出分析。 根據(jù)第二部分有限差分法基礎(chǔ)介紹，連續(xù)介質(zhì)三次元快速雷格林模量有限差分修正方法(FLAC3D )是近20年來(lái)逐漸成熟完善的一種新的數(shù)值修正方法，能夠基于顯式有限差分法求解運(yùn)動(dòng)方程和動(dòng)力方程，模擬巖土或其他材料的三次元力學(xué)行為。 在求解時(shí)首先將修正區(qū)域離散化，分為幾個(gè)三次元單元，單元間用結(jié)節(jié)點(diǎn)連接，在載荷作用于結(jié)節(jié)點(diǎn)后，其平衡方程(運(yùn)動(dòng)方程)的時(shí)間步長(zhǎng)可寫(xiě)出t的有限差分形式，由于采用動(dòng)態(tài)應(yīng)力松弛顯式差分求解技術(shù)，在某一微小時(shí)間段，作用于其結(jié)節(jié)點(diǎn)的

17、載荷只影響周圍的幾個(gè)結(jié)節(jié)點(diǎn)另外，根據(jù)小區(qū)節(jié)點(diǎn)的速度變化和時(shí)間帶t，可以確定小區(qū)之間的相對(duì)位移并利用小區(qū)材料的基本結(jié)構(gòu)關(guān)系確定小區(qū)應(yīng)力。 在此基礎(chǔ)上，求出單元間的不平衡力，使該不平衡力再作用于節(jié)點(diǎn)，進(jìn)行下一個(gè)反復(fù)過(guò)程，直到系統(tǒng)整體的不平衡力變小為一盞茶、或節(jié)點(diǎn)的位移平衡為止。 FLAC3D能夠解決許多有限元計(jì)程儀程序難以仿真的復(fù)雜工程問(wèn)題(分布開(kāi)挖、大變形、非線性和不穩(wěn)定系統(tǒng)(大面積屈服/失穩(wěn)或完全倒塌)。第三部分離散元法基礎(chǔ)介紹、離散馀針織面料法是一種模擬不連續(xù)介質(zhì)的修正算法，Cundall年代提出以來(lái)，廣泛應(yīng)用于巖石力學(xué)、土力學(xué)、結(jié)構(gòu)分析等領(lǐng)域的數(shù)值模擬，是一種新的不連續(xù)統(tǒng)分析方法。 離散馀

18、針織面料法行政許可了歐針織面料之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，不一定滿足位移連續(xù)和變形協(xié)調(diào)條件，修正計(jì)算速度快，所需儲(chǔ)存空間小，特別適合節(jié)理巖體的大位移、大變形分析。 離散馀針織面料法自誕生以來(lái)取得了顯著的發(fā)展，成為解決巖石力學(xué)問(wèn)題的重要數(shù)值方法。 工程中所見(jiàn)的巖體形態(tài)呈不連續(xù)結(jié)構(gòu)，所形成的巖石塊搖滾樂(lè)體的運(yùn)動(dòng)和受力情況幾乎都是或材料的非線性問(wèn)題，因此解決連續(xù)介質(zhì)力學(xué)問(wèn)題的有限尤針織面料法或邊界尤針織面料法等難以使用。 用數(shù)值方法求解，離散馀針織面料法考慮到巖體結(jié)構(gòu)的不連續(xù)性，適用于節(jié)理巖石力學(xué)問(wèn)題的解決。近年來(lái)，離散元法的應(yīng)用領(lǐng)域已經(jīng)擴(kuò)展到解決從連續(xù)介質(zhì)向不連續(xù)介質(zhì)轉(zhuǎn)換的力學(xué)問(wèn)題。 混凝土等脆性材料由沖擊、侵入等動(dòng)載荷產(chǎn)生的損傷和破壞，其本質(zhì)是力學(xué)模型從連續(xù)統(tǒng)向不連續(xù)統(tǒng)的轉(zhuǎn)變過(guò)程。 傳統(tǒng)的基于連續(xù)介質(zhì)力學(xué)的有限單元法等