pfc2d顆粒流基本知識(shí)介紹

第一部PFC粒流程序簡(jiǎn)1、理論背2、顆粒流方法的基本思3、顆粒流方法的基本假4、顆粒流方法的特5、可選特6、應(yīng)用領(lǐng)7、求解步巖土工程科學(xué)研究方不連續(xù)性巖土工程科學(xué)研究方不確定性研究方系統(tǒng)分析方非線性系統(tǒng)理論分析方

1、21、2、3、1、理論背作為離散元的一種，顆粒流程序(ParticleFollowCodePFC)數(shù)值模擬新技術(shù)，其理論基礎(chǔ)是Cundall[1979]提出PFC(ParticleFollowCode以下兩種因素促使PFC方法產(chǎn)生與發(fā)展 2、顆粒流方法的基本思一種非連續(xù)的數(shù)值方法來解決包含復(fù)雜變形模式的實(shí)際問題。在具顆粒結(jié)構(gòu)特性巖土介質(zhì)中的應(yīng)用，就從其細(xì)觀力學(xué)特征出發(fā)，將材料的力學(xué)響應(yīng)問題從物理域 到數(shù)學(xué)域內(nèi)進(jìn)行數(shù)值顆粒流程序是一種離散單元法，它通過圓形顆粒介質(zhì)的運(yùn)動(dòng)及其相互作用來模擬顆粒材料的力學(xué)特性。在這種顆粒單元研究的基礎(chǔ)上，通過求解。與此相應(yīng)，物理域內(nèi)實(shí)物顆粒被抽象為數(shù)學(xué)域內(nèi)的顆粒單元，并通過顆粒單元來構(gòu)建和設(shè)計(jì)任意幾何性狀的試樣，顆粒間的相互作用通接觸本構(gòu)關(guān)系來實(shí)現(xiàn)數(shù)邊界條的確定試樣的干應(yīng)力平衡狀態(tài)通過迭代分析進(jìn)行，直到使數(shù)值試樣的宏觀力學(xué)特性3、顆粒流方法的基本假實(shí)際工程中大部分大變形都被解釋為沿各類軟弱面、接觸帶發(fā)生的相粒集合體材料的變形來說，使用這種假設(shè)非常恰當(dāng)。這是因?yàn)檫@些材料的而不是來自于單個(gè)顆粒本身的變形。為了獲得巖土體的力學(xué)特性，可以將其看作由許多小顆粒堆積形成的密實(shí)顆粒集合體組成的固體，并通過定義有代表性的測(cè)量區(qū)域，然后取平均值來近似度量巖土體的應(yīng)力和應(yīng)變。的形形外包括代表邊界“墻”。顆粒和墻之間通過相互接觸處 產(chǎn)生的接觸力發(fā)生作用，對(duì)于每一個(gè)顆粒都滿足運(yùn)動(dòng)方程，而對(duì)于墻不滿足運(yùn)動(dòng)方程，即作用于墻上的接觸力不會(huì)影響墻的運(yùn)動(dòng)。墻的運(yùn)動(dòng)是通過人為給定速度，并且不受作用在其上的接觸力的影響。同樣，兩個(gè)墻之間也不會(huì)產(chǎn)生接觸力所以顆粒流程序只存顆粒-顆粒接觸模型和顆粒-墻接觸模型。4、顆粒流方法的整顆粒單元直徑，可以調(diào)節(jié)孔隙率，通過jset命令可以模擬巖體 PFC點(diǎn)1、它有潛在的高效率。因?yàn)閳A形物體間的接觸探測(cè)比角2、對(duì)可以模擬的位移大小實(shí)質(zhì)上沒有限制3、由于它們是由粘結(jié)的粒子組成，采用其模擬時(shí)塊體單元可以破裂，而UDEC3DEC模擬的塊體不能破裂4、PFC與DEM(離散單元法)法一樣，是按時(shí)步顯式所有矩陣不需要存貯，所以大量的顆粒單元僅需適中的計(jì)算機(jī)內(nèi)存能自動(dòng)模擬介質(zhì)基本特性隨應(yīng)力環(huán)境的變化能實(shí)現(xiàn)巖土體對(duì)歷史應(yīng)力一應(yīng)變特性的模反映剪脹及其對(duì)歷史應(yīng)力等的依賴性自動(dòng)反映介質(zhì)的連續(xù)非線性應(yīng)力一應(yīng)變關(guān)系屈服強(qiáng)度和此后的應(yīng)變軟化或硬化過程描述中間應(yīng)力增大時(shí)介質(zhì)特性的脆性一塑性轉(zhuǎn)化能反映應(yīng)力一應(yīng)變路徑引起的剛度和強(qiáng)度的各向異性問題(11)介質(zhì)破裂時(shí)聲能的自然擴(kuò)散過程最關(guān)鍵的優(yōu)當(dāng)是連續(xù)的，而不能出現(xiàn)或的現(xiàn)象)，本構(gòu)方程即 Fi/m MiFnn KsΔUs(tt)(ti(tt/iiDmDnDs

βknβKPFC以介質(zhì)結(jié)構(gòu)為基本單元(顆粒和接觸)、從介質(zhì)結(jié)構(gòu)PFC與常規(guī)數(shù)值方法差1、模型介質(zhì)的宏觀基本物理力學(xué)特征不可能通過直接賦值的形式實(shí)2、介質(zhì)的初始條件如地應(yīng)力場(chǎng)條件會(huì)影響介質(zhì)的結(jié)構(gòu)特征3、介質(zhì)的力學(xué)特性取決于介 粒子的結(jié)構(gòu)和接觸特征4、構(gòu)建PFC模型和進(jìn)行相應(yīng)的運(yùn)算準(zhǔn)備工作必須使用PFC的二次開發(fā)能FLAC和UDEC程序那樣直截了當(dāng)。（微觀參數(shù)選取 然而，給出一些準(zhǔn)則應(yīng)該有助于模型與原型的匹配，如哪些因素對(duì)力學(xué)行為的某些方面產(chǎn)生影響，哪些將不產(chǎn)生影響。應(yīng)該 ，由于受現(xiàn)有知識(shí)的限制，這樣的模擬很難。然而，PF傷力學(xué)，可以獲得一些基本認(rèn)識(shí)。PFC模型中為了保證數(shù)據(jù)長(zhǎng)期不漂移 精度數(shù) Generalwaytospecifyclumpshape(andvolume,ifnecessary)CLUMPTEMPLATEmakepeanutradii1.00.50.5pos(0,0)(-1,0) 包含功能強(qiáng)大的內(nèi)嵌式程序語言FIS，允許用戶定義新的變量和函數(shù)使數(shù)值模型適合用戶的特殊需求。例如，用戶可以定義特殊材料的模型和性質(zhì)、加載方式、實(shí)驗(yàn)條件的伺服控制、模擬的順序以及繪圖和打印用戶定義的變量等。5、可選特?zé)釋W(xué)分流體分并行處理技能寫用戶定義接觸模用戶寫C++程序的C++編程流體分析選熱學(xué)選用來模擬材料內(nèi)熱量的瞬間流動(dòng)和熱誘導(dǎo)位移和力的順序發(fā)展。熱學(xué)模可以獨(dú)立運(yùn)行或耦合到力學(xué)模型。通過修改粒子半徑和平行粘結(jié)承受的力產(chǎn)生熱應(yīng)變來解釋粒子和粘結(jié)材料的受熱用戶定義的接觸本構(gòu)?？梢杂肅++語言來編寫，并編譯成動(dòng)態(tài)庫(kù)文件，一旦需要就可以加載并行處理技允許將一個(gè)PFC2D模型分成幾個(gè)部分，每個(gè)部分可以在單獨(dú)的處理器上平行運(yùn)行。與一個(gè)PFC2D模型在一個(gè)處理器上運(yùn)行相比，平行處理在內(nèi)存容量和計(jì)算速度方面得到大大提高。6、應(yīng)用領(lǐng)預(yù)測(cè)，也可用于在原始資料詳細(xì)情況下的實(shí)際模擬。PFC模透到了巖土工程的所有領(lǐng)域:巷道支護(hù);邊坡工程;開采;土力學(xué)研究堆積、裝填和顆粒流動(dòng)研究土動(dòng)力學(xué)研PFC可以模擬顆粒間的相互作用問題、大變形問題、斷裂問題等，如由粘結(jié)粒子組成物體的碰撞及其動(dòng)態(tài)破壞梁結(jié)構(gòu)的響應(yīng)及垮塌固體的基本特性研究，如累積破壞、斷裂7、求解步定義模擬對(duì)制即可，對(duì)所模擬問題影響不大的特性可以忽略建立力學(xué)模型的基構(gòu)造并運(yùn)行簡(jiǎn)化模(例如所選的接觸類型是否有代表性、邊界條模型結(jié)果的影響程度等)，還需將第二步加以修改模擬實(shí)際工程問題需要大量簡(jiǎn)化模型運(yùn)行的結(jié)果，于地質(zhì)力學(xué)來說幾何特性，如開挖酮室的形狀、地形地貌、壩形狀、巖土結(jié)構(gòu)等因?yàn)橐恍?shí)際工程性質(zhì)的不確定性(特別是應(yīng)力狀態(tài)、變形和強(qiáng)度特性)步簡(jiǎn)化模型的運(yùn)行有助于這項(xiàng)選擇，從而為更進(jìn)一步的試驗(yàn)提供資料。在程序中應(yīng)設(shè)有足夠的點(diǎn)(如參數(shù)變化處、不平衡等)，對(duì)中間模擬結(jié)果隨時(shí)作出比較分析，并分析顆粒流動(dòng)狀態(tài)。運(yùn)行計(jì)算解釋結(jié)第二部分有限差分法基礎(chǔ)介連續(xù)介質(zhì)三維快速拉格朗日有限差分計(jì)算方(FLAC3D)是近20年來逐步成熟完善起來的一種新型程(運(yùn)動(dòng)方程)可以寫成時(shí)間步長(zhǎng)為Δt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),在某一微小的時(shí)段內(nèi),作用于該節(jié)點(diǎn)的荷載只對(duì)周圍根據(jù)單元節(jié)點(diǎn)的速度變化和時(shí)段Δt,可求出單元之間的相對(duì)位移,,利用單元材料的本構(gòu)關(guān)系即可求出單元應(yīng)力。在此基礎(chǔ)上,求出單元之間的不平衡力將此不平衡力重新作用到節(jié)點(diǎn)上,夠小或節(jié)點(diǎn)位移趨于平衡為止。第三部散元法基礎(chǔ)介Cundall在70年代提出以來，在巖石力學(xué)、土力學(xué)、新興的非連續(xù)體分析方法。離散單元法允許單元間的算速度快，所需空間小，特別適用于節(jié)理巖體的大位移，大變形分析。第四部分PFC2D的使2.FISH語言簡(jiǎn)3.PFC2D分析模型的生成方4.邊界條件的設(shè)置方5.初始條件的設(shè)7.賦予材料屬性：相關(guān)命令的使用方法介第四部分PFC2D的使8.節(jié)理面的生成及屬性9.加載方法：主動(dòng)荷載和荷載10.求解過程：靜力求解、動(dòng)力求11.流體與熱分析簡(jiǎn)介13.常用命令使用方法及相關(guān)的重要14.講述PFC2D工程應(yīng)用的實(shí) FISH利用SH語言進(jìn)行編程，應(yīng)該首先編一些簡(jiǎn)單的函數(shù)，然后仔細(xì)檢查函數(shù)的功能，測(cè)試是否有錯(cuò)誤。如果沒有發(fā)現(xiàn)錯(cuò)誤，再逐漸增加其功能，增加一項(xiàng)功能檢查一下，直至發(fā)展到最SH是一種編譯型語言，但它沒有自己獨(dú)立的編譯器，不象C++或V能夠?qū)崟r(shí)全面地檢查錯(cuò)誤，檢查錯(cuò)誤的能力很差，因此在使用他們到真實(shí)的應(yīng)用之前，一定要用一些簡(jiǎn)單的數(shù)據(jù)（假如可能的話）來檢查所有定義的函數(shù)。數(shù)的格式必須以DEFINE開始，以END結(jié)束。函數(shù)可FISH也可以用來改進(jìn)用戶寫的本構(gòu)模型，如例DEFPrintdef （PRINTabc），其結(jié)果與例1相同：abc=71.在SH的執(zhí)行過程如下：當(dāng)在程序命令中使用H符號(hào)名時(shí)（例如執(zhí)行RINT符號(hào)名），如果符號(hào)名也是一個(gè)函數(shù)名，那么執(zhí)行這個(gè)函數(shù)（例如abc）；hh在輸入完例2的各行后，如果我們執(zhí)行命令：PRINThh，此時(shí)hh=,因?yàn)樵谶@個(gè)時(shí)候沒有執(zhí)行SH函數(shù)，因此hh的初始值為0；我們接著執(zhí)行RINTabc，結(jié)果顯示abc=7RINThhhh=22，這是因?yàn)閍bchh被賦值。下面的試驗(yàn)將進(jìn)一步解釋函數(shù)與變量之間Itasca軟件的ET命令可以H在H中使用的符號(hào)無關(guān)。下面的例3在例2NEW命令來清除內(nèi)存中的值，因?yàn)槲覀兿肜^續(xù)使用那些值:setabc=0hh=0printhhprintabcprinthh HISTTORYVar。SH命令的功能，標(biāo)準(zhǔn)的格式如下： defsum=prod=loopnsum=sum+prod=prod*printsum,關(guān)于LOOP的注意事項(xiàng)1).FISH接受END_LOOP和ENDLOOP的寫法但不接受ENDLOOP這樣中間有空格的寫法，其它類似令有著同樣的規(guī)則，如END_IF，2).在上面的例子中，如果執(zhí)行Printn或Print CASEOFexprCasen IFexpr1testexpr2THEN var(expr1,expr2)LOOPWHILEexpr1testexpr2