PFC3D中文讲解例题.docx
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PFC3D中文讲解例题
通过例子学习几种常见命令
例二:
PFC3D目录下的Guide\Start\footing.dat,程序如下(注意:
本程序与原程序不同,特加了plotsetrotation(24.0,352.0,340.0)这句以使得模型转过一定角度,让用户看的更清楚,另外还将原程序一分为二,主要是为了更好地学习每个命令的作用),以下是程序代码。
;fname:
footing.DAT(tutorialexampleforPFC3D)new;clearprogramstatetobeginnewproblem
setrandom;resetrandom-numbergeneratortitle'TutorialExample'
wallid=1face(0,0,0)(10,0,0)(10,0-5)(0,0,-5)wallid=2face(0,0,0)(0,0,-5)(0,2,-5)(0,2,0)wallid=3face(10,0,-5)(10,0,0)(10,2,0)(10,2,-5)wallid=4face(10,2,-5)(10,2,0)(0,2,0)(0,2,-5)wallid=5face(0,0,-5)(10,0,-5)(10,2,-5)(0,2,-5)wallid=6face(0,0,0)(0,2,0)(10,2,0)(10,0,0)genid=1,750rad0.15,0.20x=0,10y=0,2z=-5,0
J
plotcreateFooting
plotsettitletext'Basiccollectionofparticlesinabox'
plotsetrotation(24.0,352.0,340.0)
plotaddballyellow
plotaddwallwhiteplotaddaxesbrownplotshowpause
wallid=1
kn=1e8
ks=1e8
wallid=2
kn=1e8
ks=1e8
wallid=3
kn=1e8
ks=1e8
wallid=4
kn=1e8
ks=1e8
wallid=5
kn=1e8
ks=1e8
wallid=6
kn=1e8
ks=1e8
propdensity2000kn1e8ks1e8
iniradmul1.47sethist_rep=5histballzvel310histdiagnosticmufsetdtdscale
cycle3000
以下是程序中逐条命令的解释:
1、我们首先定义了模型的边界,使用WALL命令,如下:
wallid=1face(0,0,0)(10,0,0)(10,0-5)(0,0,-5)
wallid=2face(0,0,0)(0,0,-5)(0,2,-5)(0,2,0)
wallid=3face(10,0,-5)(10,0,0)(10,2,0)(10,2,-5)
wallid=4face(10,2,-5)(10,2,0)(0,2,0)(0,2,-5)
wallid=5face(0,0,-5)(10,0,-5)(10,2,-5)(0,2,-5)
wallid=6face(0,0,0)(0,2,0)(10,2,0)(10,0,0)
这些命令创造了一个由六个墙面围成的箱子,每个墙面都赋予了一个独一无
二的ID号。
每个墙面四边形通过给出四边形的四个顶点坐标来定义,即四个顶点连成四条线,然后再围成一个四边形墙面。
注意:
顶点的顺序决定了墙面是否被激活,激活的墙面可以自动识别与小球的接触,不激活的话就会被小球穿透,
2、然后在箱子里填充小球,用Generate命令,也可简写,如下:
genid=1,750rad0.15,0.20x=0,10y=0,2z=-5,0
这个命令规定了小球填充的空间范围,小球的大小以及填充的总个数。
Id=1,750的含义是:
ID号从1到750其实就生成了750个小球,并给每个小球指定了各自的ID号。
Rad0.15,0.20的含义是:
小球半径从0.15m到0.20m随机选择
x=0,10y=0,2z=-5,0的含义是:
小球填充的空间是0vx<10,0 如果填充的空间太小或者小球的半径设置的太大,以至于这个空间容不下这 么多的小球,那系统会自动减少生成的球的个数,并且系统会提示实际生成的球的个数。 3、模型的显示用命令plot,程序如下: plotcreateFooting plotsettitletext'Basiccollectionofparticlesinabox' plotsetrotation(24.0,352.0,340.0) plotaddballyellow plotaddwallwhite plotaddaxesbrown plotshow 从上面命令可以看出plot的用法规律,即与plot显示相关的命令的前面都用plot引出,然后后面再加相关的命令,如createFooting的意思就是创建一个名字为Footing的可视化窗口(这个在菜单栏点击“window”,下拉菜单可发现多了一项view1\Footing,用户可自己看下);settitletext是设定标题,setrotation是设定模型的角度,以方便观察;addballyellow是设定球的颜色为黄色;addwallwhite是设定墙面(也就是边界面)为白色;addaxesbrown是设定坐标轴为棕色;show是显示模型的命令。 4、定义墙面的法向刚度(normalstiffness)和切向刚度(shearstiffness wallid=1 kn=1e8 ks=1e8 wallid=2 kn=1e8 ks=1e8 wallid=3 kn=1e8 ks=1e8 wallid=4 kn=1e8 ks=1e8 wallid=5 kn=1e8 ks=1e8 wallid=6kn=1e8ks=1e8 其中kn表示法向刚度,ks表示切向刚度,单位为N/m 5、定义球的密度,法向刚度和切向刚度 propdensity2000kn1e8ks1e8 使用命令property,可简写为prop,定义密度density为2000kg/m3,法向刚度和切向刚度均为108N/m 6、改变小球半径 iniradmul1.47 ini应该是initial的简写,用于初始化小球半径(有待考证) rad表示半径 mul是multiply的简写,是倍数的意思。 1.47是倍数因子,表示现在半径是原来半径的1.47倍。 7、设定监测变量和采样间隔时间 sethist_rep=5 histballzvel310 histdiagnosticmuf hist是history历史记录是简写,sethist_rep=5表示每隔5个运算步记录一次变量的值(默认的是10个运算步记录一次);本程序设定了两个监测对象,一个是histballzvel310,表示的是中心坐标最接近x=3,y=1,z=0的球的z方向的速度被监测和记录(在这个例子中,282号球最接近这个坐标,因此作为监测球);另一个是histdiagnosticmuf,是用来监测系统的不平衡力,主要用于静力学分析,当这个值趋于很小时,表示系统达到稳定状态。 &设定求解选项 setdtdscale 因为这是一个静态分析,因此我们开启density-scaling选项(简写为dscale) 来优化求解效率,dt应该是这个选项中的某个模式(有待考证)。 9、设定求解步数 cycle3000 当写入这句程序后,计算就开始了,计算的步数,时间步,总时间,不平衡力平均值和最大不平衡力这些信息均显示在屏幕上,并且每隔5个计算步更新一次(这是sethist_rep=5的作用),图像动画每隔20个计算步更新一次(默认),这个更新时间可用命令setpinterval来改变。 另外,阻尼已经在运动方程中被默认设定,用于吸收振动能量,更快地达到平衡状态。 10、查看结果 求解完毕后,用户可输入命令plothis1来查看历史记录中第一个变量的数值曲线。 Figure2』z-ve/ocityhlsttnyhull282 同理可输入命令plothis2来查看历史记录中第二个变量的数值曲线。 由曲线可知系统在cycle=1000时已趋于稳定,故可以将之前的3000步改为 1000步,以减少计算时间(个人愚见,仅供参考)。 先对plot补充点说明: 1、plotcreate***命令可用于创建多个图像显示窗口,但每次只能看一种结果,可以通过菜单栏里的window选项卡来切换窗口,查看想看的结果 2、如只想显示小球,则使用命令plotball,如只想显示墙面,则使用命令plotwall,如二者都想显示则plotballwall,如运行完毕后想显示别的结果,如接触力则plotcforce(contactforce的简写)。 总而言之,plot后面加你想显示的东东即可,用户需灵活使用。 此外,程序中的注释用英文的分号;,后面加注释的内容即可。 第二天的讲解中小球都是自由状态,无外力的作用,因此有必要讨论施加外力的情况。 (1)对小球施加重力作用 ;fname: footing.DAT(tutorialexampleforPFC3D) new;clearprogramstatetobeginnewproblem setrandom;resetrandom-numbergenerator title'TutorialExample' wallid=1face(0,0,0)(10,0,0)(10,0-5)(0,0,-5) wallid=2face(0,0,0)(0,0,-5)(0,2,-5)(0,2,0) wallid=3face(10,0,-5)(10,0,0)(10,2,0)(10,2,-5) wallid=4face(10,2,-5)(10,2,0)(0,2,0)(0,2,-5) wallid=5face(0,0,-5)(10,0,-5)(10,2,-5)(0,2,-5) wallid=6face(0,0,0)(0,2,0)(10,2,0)(10,0,0) genid=1,750rad0.15,0.20x=0,10y=0,2z=-5,0 plotcreateContact_Force plotsettitletext'Modelatequilibrium' plotaddballyellow plotaddwallwhite plotaddcforceblack plotaddaxesbrown plotshow wallid=1 kn=1e8 ks=1e8 wallid=2 kn=1e8 ks=1e8 wallid=3 kn=1e8 ks=1e8 wallid=4 kn=1e8 ks=1e8 wallid=5 kn=1e8 ks=1e8 wallid=6 kn=1e8 ks=1e8 propdensity2000kn1e8ks1e8iniradmul1.47 sethist_rep=5 histballzvel310histdiagnosticmufsetdtdscale setgrav00-9.81propfric1.0 cyc1000 此程序与第二天的程序几乎相同,唯一的不同是多加了两句程序: setgrav00-9.81propfric1.0 第一句是设定重力加速度为9.81m/s2,方向为Z轴负方向,grav是重力gravity的简写; 第二句是设定球与球之间的摩擦系数,fric是friction的简写,在该程序中设定摩擦系 数为1.0。 运行结果如下图所示: (2)将上顶面换做一小块下降的板,压缩箱子里的小球 程序如下: ;fname: footing.DAT(tutorialexampleforPFC3D) new;clearprogramstatetobeginnewproblem setrandom;resetrandom-numbergenerator title'TutorialExample' wallid=1face(0,0,0)(10,0,0)(10,0-5)(0,0,-5) wallid=2face(0,0,0)(0,0,-5)(0,2,-5)(0,2,0) wallid=3face(10,0,-5)(10,0,0)(10,2,0)(10,2,-5)wallid=4face(10,2,-5)(10,2,0)(0,2,0)(0,2,-5) wallid=5face(0,0,-5)(10,0,-5)(10,2,-5)(0,2,-5) wallid=6face(0,0,0)(0,2,0)(10,2,0)(10,0,0)genid=1,750rad0.15,0.20x=0,10y=0,2z=-5,0 plotcreateContact_Force plotsettitletext'Modelatequilibrium' plotaddballyellow plotaddwallblue plotshow wallid=1 kn=1e8 ks=1e8 wallid=2 kn=1e8 ks=1e8 wallid=3 kn=1e8 ks=1e8 wallid=4 kn=1e8 ks=1e8 wallid=5 kn=1e8 ks=1e8 wallid=6 kn=1e8 ks=1e8 propdensity2000kn1e8ks1e8iniradmul1.47 sethist_rep=5 histballzvel310histdiagnosticmufsetdtdscale setgrav00-9.81propfric1.0 deletewall6 wallid10face(0,0,0)(0,2,0)(2,2,0)(2,0,0) wallid10ks1e8kn1e8fric1.0 wallid10zvel=-0.5e-3 propertyn_bond=5e5s_bond=5e5 histwallzforceid10 cyc6000 运行结果如图所示 与只施加重力的情况相比,这个程序多加了如下几句代码: deletewall6 wallid10face(0,0,0)(0,2,0)(2,2,0)(2,0,0) wallid10ks1e8kn1e8fric1.0 wallid10zvel=-0.5e-3 propertyn_bond=5e5s_bond=5e5 histwallzforceid10 其中,deletewall6是删除编号为6的面,即箱子的顶面。 wallid10face(0,0,0)(0,2,0)(2,2,0)(2,0,0)wallid10ks1e8kn1e8fric1.0 wallid10zvel=-0.5e-3 是建立一个ID为10的墙面,设定面的法向刚度、切向刚度、摩擦系数和Z方向 的速度,这个速度的单位是m/step,因为开启了densityscaling(程序setdtdscale 的作用),如果是完全的动力学分析的话,单位将会是m/s(这个地方可解释为: 静力学只考虑系统达到平衡稳态的情况,故单位与时间无关;动力学关注的是每一 时刻的状态,故单位与时间有关) propertyn_bond=5e5s_bond=5e5是为所有的接触面定义法向和切向强度,以此来模拟 初始的接触力(应该是类似于预紧力的作用,值得商榷),单位为N histwallzforceid10用于监测下降的板的Z方向的力的变化情况,计算完毕后如想 查看,只需输入plothist3即可。 结果如图所示 这个力的曲线图与英文帮助手册上的图明显不同,但不知道是什么原因出的错,有待 思考。 下面附上英文帮助手册上的图。 (1)补充一句程序说明 在每个程序的开头,经常有句setrandom,这句话的意思是重置随机数,因为generate 生成小球的时候,半径经常是个范围,需要随机生成,如果不加这句的话,随机得 到的半径大小可能一直是某一组随机数,故需重置一下,这与vb编程中的随机数重 置设定是一样的。 (2)plotwallid=on显示所有wall的ID (3)定义字符串变量 命令: macro(手册上的例子均是将某字符串赋给某个变量,因此我取名字符串变量,如果是赋予具体数值,比如a=5之类的功能,应该有别的命令可实现,待后续) Macroxxx010' Macroyyy010' Macrozzz010' Macrosizeid1100rad0.50.5' Macroballxxyyzzsize' Macrosize'id10011100rad0.10.1';注意! ! ! ! ! Genball 以上程序需注意两点: 1、macro命令的结构形式: macro+变量名+字符串,字符串要加单引号; 2、倒数第二句是重新定义了变量size,需要注意的是size重新定义的时候需加单引号,第一次定义不需要加。 (4)一般分析流程 这个流程应该是先建立模型,设定接触和材料属性,施加载荷和约束,然后再运行程序使达到稳态,最后根据需要改变条件继续求解,从而得出结果。 (5)生成球体的两个命令 命令generate和命令ball Generate(简写为gen)在第二天的讲解中已经说过,它可一次生成大量的球填充到某个空间内,ball命令是一次只生成一个球,这也是与generate的区别。 Ball命令的格式为: ballrad**id**x**y**z**(**为各参数对应的值,需用户 自己输入) (6)施加边界条件 TuijFeL2Sutntnar)afhtmndaryur)JinitialatJirtiilitiftcutnrnafidi Comniand. Efieci WjlIIComdujoti! WALL 冨 訂曲摘ar曲曲 x^pin X-Compon£nld? jngjlari赳cwziityofmilsbouQ.zemt亡匸ofrccation 盧'用dWity oclevof讥all V .m注df二afit凸afm >SJin y-compLin£iiiofjngjlarvelocirj'ofuillabau匚Loiterofrcuiion XVQlOvity y^k£lochy E lHntircfrc^ijn Mpim fwiill BillCandiiian^ RX I fiwedS»ball 畑in r»ii: saijr\ielociT\fixsdibrban 、 尸wH曲fix詞»rt^ll 艸in 〉-ai01IJT»lMK)fiwdftflltl l叫通loti寸fisufJfbrKi1 c&pih t.-znsul^j1.cIcciLvfixed: forhdtl INHUU- r^tnpoflcmoficnce祁*iedvbill Mmm 曲mli-frnormiuunl-U smldcity lofvcloc: JLppli&IQtMlI y-Oorfipor1£iiloffdhitappl圧d£□ball yinoffi j-wnipeinanl址mg_? nlLjj口bill yvelocim y-campariEfiloftyapplied,tobjll dorCG i-compontncoffiirreapplifdwhall ETT0TT fncampingeicof口口rngm』口卫1區4中bjlll zvfil&ct|f {■^cumporienc住fverityappliedrebil1 SET gnvtty jrutiiljztgm'ity 1、给墙面施加速度和角速度 Wallid1xvel1e-3 给ID号为1的墙面施加x方向速度,大小为1e-3 Wallid2yspin1e-3x=2y=2z=0 给ID号为2的墙面施加绕y轴转动的角速度,旋转中心坐标为(2,2,0) 2、给球施加恒定不变的速度或角速度 为球施加速度或角速度,可用命令initial,change,property,但这种定义只能对 球的速度进行初始化,不能保证以后球一直以恒定的速度运动下去,因此需要用到fix命令。 程序如下: Inixvel5e-3zspin1e-3rangeid
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