pfc 专业术语.docx

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pfc专业术语

PFC2D术语

颗粒：

不同特性的颗粒表示紧邻基床面的材料，并沿着节理存在弱面。

墙：

模拟边界，刚性光滑实体。

颗粒链：

采用一个具有平行粘结的颗粒簇表示。

球：

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。

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。

Modelboundary:

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。

BOUNDARYCONDITION：

边界条件。

INITIALCONTINUITY:

初始条件。

IDNUMBER:

具有ID号的模型单元有，balls,walls,measurementcircles,histories,tables,

clumpsandplotitems.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。

CYCLEORSTEP：

得到静态解的平衡状态需要经历的计算步数。

Unbalancedforce:

不平衡力。

STATICSOLUTION:

静力求解

Dynamicsolution：

动力求解

CONTACTMODEL：

接触模型。

BOND/BONDING:

Measurementcircle：

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：

计算孔隙比时，球之间的重叠也被计算在内。

Stress：

为测量圆内所有球的平均应力张量，其计算受到孔隙比的影响。

STRAINRATE：

应变率计算是基于测量圆内所有球的速度向量。

应变可以通过FISH函数计

算，应变除以时间，就得到应变率。

COORDINATIONNUMBER：

？

SLIDINGFRACTION：

滑动摩擦时测量圆内物理接触的摩擦，这些接触受到剪力，其值为

极限剪力的0.1%

PFC2D模型的组成

Balls（particles）

Walls

宏对象（Macroobject）

命令行输入命令时，如果需要分行输入，在行尾添加“&”即可；但在使用宏命令时后不能

使用命令行的多行输入方式，而需要写FISH。

模型对象（Modelobject）

Rang,group,plotview

一般建议（generaladvice）

将取有名字的实体看做名词直接调用而不是动词。

可以用宏定义的方式建立新命令。

如“macroPA‘plotadd’”可以将命令“plotadd”转

化为命令“PA”.

“RANGE”可以做命令，单独一行直接创建许多范围对象；“RANGE”也可以作为关键词，

与其他命令一起使用。

PFC2D的使用

简单的模型生成

颗粒生成

BALL和GENERATE命令的基本操作。

Ballrad半径值idID号xx坐标值yy坐标值

Ball允许用户创建相互重叠的颗粒；而generate命令则先生成球半径，然后寻找可以

容得下它的空间，颗粒间不能有重叠。

如果不使用FIX命令，BALL命令生成的重叠球在

CYCLE以后能够分开；GENERATE命令生成的球为了满足孔隙比，自动生成后所有球半径

要乘以一个放大比例，这时得到的球体之间会发生重叠，同样在CYCLE以后可以分开。

BALL命令也不能只能生成颗粒，其特性需要在随后的PROPERTY命令中定义。

BALL中

的关键字HERTZ若省略则默认为线性接触规则，若使用该命令则采用HERTZ-MINDLIN接

触规则且需要指定其弹性特性。

Generate默认情况下按均匀分布生成球半径；也可使用关键字GAUSS按高斯分布生成球半

径，但此时为了防止出现负值或极小的半径，程序将小于半径下限的0.1倍的半径都用0.1

倍的半径下限取代。

为了得到最合理的分布，需要采用关键字TRIES进行多次生成尝试，

在默认情况下为20000次，如果所有尝试都不能生成满足指定的颗粒数目，系统会提醒，需

要重新调整参数。

GENERATE命令中可以使用RANGE，使随后的PROPERTY等命令可以

作用在指定的一组球体上。

GENERATE的空间范围可以是默认的矩形也可以使用关键字

ANNULUS改成环形。

GENERATE命令中的关键字NO_SHADOW可以保证生成的球体不

会出现在活动墙之外。

HERTZ关键字同BALL命令。

注意：

即使使用NEW命令，随机数生成器也不会默认重置，所以NEW命令之前和

之后调用同一个数据文件生成的颗粒分布是不同的。

所以如果需要在几次运行中得到相同的

颗粒组合，就必须在每一个NEW命令之后紧接着使用SETRANDOM命令重置随机数生成

器。

这只是当使用GENERATE命令时才需要注意的。

在GENERETE命令使用后，使用S***E

命令可能会返回到相同的颗粒组合。

每次调用RESTORE命令都将使颗粒组返回。

生成颗粒组的压缩

两种方法：

半径扩展法；移动边界墙法。

移动边界墙法最大的缺点是为了得到指定的孔隙比和初始平衡状态，其几何边界很难控制。

半径扩展法：

球和墙都通过关键字KN和KS指定合适的刚度特性，为了达到平衡，要通过

CYCLE命令设置执行迭代的时间步数。

MEASURE命令测量局部区域的变量值，PRINT

MEASURE1可以显示这些变量。

半径扩展比值的选择对初始应力影响很大，因此需要根据

经验不断尝试来确定该比值。

球体之间要达到静止平衡，还需要设置摩擦来消耗能量，但这

会影响球体的分布，因此摩擦系数的取值也要不断尝试确定。

因此，为了节省时间，常常先

通过少量的颗粒的多次试验，确定得到预期状态所需要的各种条件，然后将这些条件应用于

大量颗粒的操作。

指定接触模型

接触模型及其特性

每个接触模型由三部分组成：

接触刚度模型，滑动分离模型，粘结模型。

详见“PFC2D学习笔记之接触模型”。

注：

默认情况下，接触刚度模型的刚度值、滑动模型的摩擦系数为零。

滑动模型中，如果在WLL命令中使用关键字MAXFRICON，则摩擦系数采用接触球

体中最大的那个摩擦系数。

接触粘结和平行粘结都作用在作用间距为两球平均半径的10−6范围内。

接触粘结允许接触

球体间发生滚动，而平行粘结不允许。

接触模型参数与宏观特性参数的比较

由于接触模型各参数的适当与否，对模拟的有效性影响很大；且接触特性是颗粒间的微观特

性，材料的微观特性和宏观特性的关系目前并没有合适的定义。

因此探讨比较颗粒接触模型

参数和材料的特定问题宏观参数的关系。

一个合适的接触模型及其特性，要采用合适的接触参数才能使颗粒组的响应接近真实材料特

性。

例如，在土力学中，响应角（材料的最大稳定角）和材料的峰值摩擦角之间的关系。

对于松

散状态的干颗粒状材料，响应角一般等于峰值摩擦角。

但是松散材料的摩擦角不等于颗粒间

的接触摩擦角，因为峰值摩擦角与颗粒摩擦系数不成线性关系。

采用一堆材料的响应角来估

算宏观摩擦角存在许多问题：

采用顶部逐渐增加材料的方式只能得到表面滑塌的破坏模式，

而松散摩擦性材料更多的是深部转动破坏；松散材料堆受到很低内应力，而任何地质材料的

破坏包线在原点附近都是非线性的，因此侧向应力的不确定性会导致宏观摩擦角的不确定；

孔隙比与松散材料堆的自重沉积方式有关，而沉积方式是不确定的；如果颗粒有角，则堆体

可能会是病态的，如材料可能很强或很弱，这使结果变得不确定。

应用边界条件和初始条件

边界条件有分为真实边界和人工边界。

真实边界存在于模拟的物体内，人工边界用来封闭所

选择的颗粒。

人工边界有两类，对称线和截断线。

边界条件可以应用在墙或球上。

墙可以是

固定的或移动的。

WALL命令可以通过关键字XVELOCITY和YVELOCITY指定墙的平动

速度；通过关键字SPIN指定墙的旋转角速度，旋转中心通过关键字X和Y定义，逆时针

旋转为正；但墙体不能施加力边界条件，若需要施加，则应该用球体组合成条状代替。

对于球体：

可以应用INITIAL或CHANGE或PROPERTY施加各种边界条件；FREE命令

可以释放FIX命令设置的约束条件；假如所旋转的球的速度为零，只需要FIXX和FIXY

命令就可以为球施加无平动边界条件；还可以通过INITIALXFORCE命令将力边界应用于

球体上；还可以在INITIAL或CHANGE或PROPERTY命令中使用关键字GRADIENT建

立线性变化的FORCE;施加重力采用命令SETGR***ITY。

逐步达到初始平衡

使用STEP或CYCLE命令前，通过命令”HISTDIAGMUF”，”HISTDIAGMCF”，”PRINT

INFO”，”HISTBALLXVELID1034”，”HISTBALLXPOS3,3”可以对达到初始平衡

过程中的各变量进行监测，以确定是否达到初始平衡。

还可以使用SOLVE命令取代STEP或CYCLE，使程序爱不平衡力与接触力的比值低于指

定值时自动停止。

SOLVE命令可以可以检查两个比值，平均不平衡力与平均接触力之比、

最大不平衡力与最大接触力之比，默认情况下，这两个比值都设为0.01，即1%，也可以使

用关键字***ERAGE和MAXIMUM或命令SOLVERATIO来指定比值。

SOLVE命令不能

应用在初始压缩模型中（即为达到均匀应力状态所进行的CYCLE），而且也不能应用于接触

力为零的颗粒组。

操作的更改

墙和球可以在任何时间添加或删除。

球可以成组或单个删除，但墙只能单个删除。

墙的刚度和摩擦特性可以使用WALL命令编辑；球的刚度和摩擦特性可以使用CHANGE或

INITIAL或PROPERTY命令编辑。

状态的保持和恢复

S***E和RESTORE命令。

有时，某种状态的颗粒组需要重复使用，可以在该状态下使用命令S***E对其保存，在需要

使用该状态的颗粒组的地方使用命令RESTORE对其恢复。

符号的规定（SIGNCONVENTION）

正应力：

拉为正，压为负。

剪应力：

边的外法线朝向某坐标轴正向时，剪应力以朝向另一坐标轴正向为正；边的外法线

朝向某坐标轴负向时，剪应力以朝向另一坐标轴负向为正。

应变率：

与应力的规定相似。

接触力：

正向分量以压缩为正。

张量：

以全局直角坐标系的坐标轴方向为基准。

旋转：

逆时针旋转为正。

弯矩：

逆时针方向为正。

下面是前人PFC学习总结，供大家参考与学习：

PFC2D学习初期总结

最近学了一段时间PFC2D，由于做课题要用到它，时间又很紧，只是粗粗的学了一下，现将我的学习笔记抄录如下，比较乱一些。

以期对比我更初级的学习者有所帮助。

内存分配

当载入PFC程序后，程序将动态分配内存，随着模型的构建，内存相应地增大。

Printmemory将显示当前内存大小。

内存分配

当载入PFC程序后，程序将动态分配内存，随着模型的构建，内存相应地增大。

Printmemory将显示当前内存大小。

图形控制

在图形模式下，按键M为放大图形，缩小为Shift+M；箭头来移动；Ctrl+G为在彩图与黑白图形间转换；Ctrl+C显示照相机对话框；Ctrl+L为cuttingplane；Ctrl+R为恢复图形显示为默认值；Ctrl+Z为用一矩形框来放大图形局部；F9为重画。

实例

new

；将球体看成一定厚度的盘子；NotethatonlymasspropertiesareaffectedbytheSETdiskcommand

setdiskon

；下面为建立四个直线边壁，分别赋予1~4的编号。

每一直线壁以两点连线建立。

wallid=1nodes（0,-5）（10,-5）

wallid=2nodes（10,-5）（10,0）

wallid=3nodes（10,0）（0,0）

wallid=4nodes（0,0）（0,-5）

；下面为产生500个球，每个球的编号被赋予1~500，产生球的地方在0

genid=1,500rad0.08,0.13x=0,10y=-5,-0.5

；转入图形显示模式的语句为：

plot。

输入这条语句后，程序将由命令模式转到图形模式，即Plot0\Base>，在此模式下输入的语句都是和plot有关的。

plot

；建立视点Footing

createFooting

settitletext’Basiccollectionofparticlesinabox’

addballlblue

addwallblack

addaxesbrown

show

；建立视点Footing2

createFooting2

addballlblue

addwallblack

addaxesbrown

setsize-1.01.0-2.02.0

settitlebottom

setcaptionright

close

quit

；给边壁墙的刚度赋值，法向刚度与切向刚度都为108N/m

wallid=1kn=1e8ks=1e8

wallid=2kn=1e8ks=1e8

wallid=3kn=1e8ks=1e8

wallid=4kn=1e8ks=1e8

；给球赋属性，密度为1000kg/m3,刚度都为108N/m

propdensity1000kn1e8ks1e8

；给球的半径乘以一个系数，从而减小球与球间的空隙

propradmul1.51

；每5步监测一下变量的变化，从而将变化的数据存入一数组，默认为每10步；两个变量被监测，一个是圆点在（3，0）附近的球在Y方向的速度，一个是平均不不衡力meanunbalancedforce（muf）的诊断

sethist_rep=5

historyballyvel（3,0）

historydiagnosticmuf

；因为这是一个静态分析，用密度缩放参数（density-scalingoption）使问题最优化

setdtdscale

cycle4000

；视图Footing中，图像每20步进行一次更新，更新间隔可以通过SETpinterval命令改变

；以下4条命令进入到视点0中，显示刚才设定的历史1的图形，在该例中是圆点在（3，0）附近的球在Y方向的速度和hist2的图形

plot

current0；当前视点

hist1

hist2

；将显示当前的几个视点，如在plot模式下。

printlist

；如果在命令模式下，则如下：

plotprintlist

；在命令模式下，如下的命令将显示所有的历史信息

printhist

；提供重力，加速度为9.81m/s2

setgrav0,-9.81

；提供球之间的磨擦力,磨擦系数为1.0

propertyfric1.0

cycle1000

；以下命令将建立一个关于接触力的视点

plotcreateContactForce

plotsettitletext’Modelatequilibrium’

plotaddballlblue

plotaddwallblack

；查看接触面

plotaddcforceblack

plotaddaxesbrown

plotshow

；保存建立的模型，以便于以后恢复进行参数研究

savefoot1.sav

;查看当前视图的详细信息

plotprintview

;查看当前视图的具体模型

plotprintitem

;改变当前视图为另一视图

plotcurrentFooting

;显示任何已存在的视图

plotshow

；以下命令将壁3删除，并建立壁10，因密度缩放比例是开着的，所以其速度单位为m/step，如果是动态分析的话，则速度单位为length/time

deletewall3

wallid10nodes（2,0）（0,0）

wallid10ks1e8kn1e8fric1.0

wallid10yvel=-0.5e-3

；在接触面上提供法向强度normalstrength和切向强度shearstrength，即内聚力cohesion，单位为：

N.当超过法向或切向强度后，bond就会失稳破坏，球之间的摩擦力即发生效果。

propertyn_bond=5e5s_bond=5e5

;记录ID号为10的wall在Y方向的力

histwallyforceid10

cycle2000

plotcurrent0

plothist3

；拷贝Contact_Force到Foot_Load下，并定义标题为：

Loadedfooting

plot

copyContact_ForceFoot_Loadboth

current4

settitletext’Loadedfooting’

show

；显示所有的球

printball

；显示所有的墙

printwall

；显示模型的信息

printinfo

；定义宏

macrowall_s_stiff’1e6’

macrowall_n_stiff’1e6’

macrowall_fric’0.0’

macropt1’0.00.0’

macropt2’1.00.0’

macropt3’1.01.0’

macropt4’0.01.0’

macrowall_props’knwall_n_stiffkswall_s_stifffricwall_fric’

wallid1wall_propsnodept2pt3;side

wallid2wall_propsnodept4pt1;side

wallid3wall_propsnodept3pt4;top

;

macro’wall_fric’’0.5’

wallid4wall_propsnodept1pt2;bottom

new

genid1400x05y05rad0.050.05

iniradmul1.4

；定义一组范围的球体，名为Tunnel

groupTunnelrangex1.53.5y05

plotcreatethe_view

plotaddballyellow

plotshow

pause

；删除先前定义的组

deleteballrangegroupTunnel

；只产生一个球，半径是必需的，如果ID未指定，则自动赋一个比现在ID大的数，如果x与y未指定，则在坐标原点，指定参数hertz后，则质点将服从Hertz-Mindlincontact而不是默认的Linearlaw，指定该法则后，则弹性体必需给出其属性，通过PROPERTY给出。

产生的该质点可以与其它质点重叠，而不像GENERATE命令，当执行循环后，重叠的质点将产生排斥力，除非给定边界限制。

ballradvidixvyv

；建立球的最大与最小半径相同；如果半径不同的话，则产生的半径是最小的或是最大的，随机分布的。

如果指定gauss后，则按高斯分布，即按（R1+R2）/2与（R2-R1）/2确定半径。

genbigrad=.6,.6x=0,10y=0,10

gensmallrad=.3,.3x=0,10y=0,10

；将大球定义Index为0，小球为1

changec_index0rangebig

changec_index1rangesmall

；定义的wall的光面是向上的，故而在定义球时的no_shadow即这光面上方。

wallid1nodes-10-101010

genno_shadowgaussx06y06rad.2.22id=1,50

delwall1

；定义的wall的光面是向下的，故而在定义球时的no_shadow即这光面上方。

wallid1nodes1010-10-10

genno_shadowgaussx06y06rad.3.32id=5175

;球为白色但有影子

plotaddballwhiteshadeon

一．粒子创建

两种创建粒子的命令：

BALLandGENERATE

BALL创建单一的粒子，并指定其位置，其不受已存在粒子的制约，也就是说其创建的粒子可以与已存在的粒子叠加。

GENERATE创建一系列的粒子，其不可重叠。

有两种粒子集：

规则的和不规则的。

1．规则粒子集

规则粒子集一般用来表现如梁等结构，当建立规则粒子集后，应正确恰当地提供初始的接触力，因为法向接触力仅仅与粒子集接触处的相关位置有关。

当两粒子集发生重叠后，其法向力（Fn）将增大，Fn=KnUn

规则粒子集的创建通过编写FISH程序，再通过BALL命令建立一系列的球体而形成的。

Example3.1Producingaplanarhexagonalpacking

;fname:

hex.DATGeneratesasheetofclose-packedballs

new

defhex

xc=x0

yc=y0

rc=radius

idc=id_s