PFC2d建模及几种方法简介课件.pptx

一、PFC简介PFC中的颗粒为刚性体，但在力学关系上允许重叠，以模拟颗粒之间的接触力。颗粒之间的力学关系非常简单，即牛顿第二定律。颗粒之间的接触破坏可以为剪切和张开两种形式，当介质中颗粒间的接触关系（如断开）发生变化时，介质的宏观力学特性受到影响，随着发生破坏的接触数量增多，介质宏观力学特性可以经历从峰前线性到峰后非线性的转化，即介质内颗粒接触状态的变化决定了介质的本构关系。因此，在PFC计算中不需要给材料定义宏观本构关系和对应的参数，这些传统的力学特性和参数通过程序自动获得，而定义它们的是颗粒和水泥的几何和力学参数，如颗粒级配、刚度、摩擦力、粘结介质强度等微力学参数。
2、基本假设
3、优缺点4、求解步骤
不稳定系统、问题变形的大小、主要力学特性是否非线性、是否需要定义介质的不连续性、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

3)构造并运行简化模型
在建立实际工程模型之前，先构造并运行一系列简化的测试模型，可以提高解题效率。通过这种前期简化模型的运行，可对力学系统的概念有更深入的了解，有时在分析简化模型的结果后(例如所选的接触类型是否有代表性、边界条件对模型结果的影响程度等)，还需将第二步加以修改
4)补充模拟问题的数据资料

模拟实际工程问题需要大量简化模型运行的结果，对于地质力学来说包括:
a)几何特性，如地下开挖酮室的形状、地形地貌、坝体形状、岩土结构等；
b)地质构造位置，如断层、节理、层面等；
c)材料特性，如弹/塑性、后破坏特性等；
d)初始条件，如原位应力状态、孔隙压力、饱和度等；
e)外荷载，如冲击荷载、开挖应力等。
5)模拟运行的进一步准备

a)合理确定每一时步所需时间，若运行时间过长，很难得到有意义的结论，所以应该考虑在多台计算机上同时运行。
b)模型的运行状态应及时保存，以便在后续运行中调用其结果。例如如果分析中有多次加卸荷过程，要能方便地退回到每一过程，并改变参数后可以继续运行。
c)在程序中应设有足够的监控点(如参数变化处、不平衡等)，对中间模拟结果随时作出比较分析，并分析颗粒流动状态。6)运行计算模型

在模型正式运行之前先运行一些检验模型，然后暂停，根据一些特性参数的试验或理论计算结果来检查模拟结果是否合理，当确定模型运行正确无误时，连接所有的数据文件进行计算。

7)解释结果
计算结果与实测结果进行分析比较。图形应集中反应要分析的区域如应力集中区，各种计算结果应能方便地输出分析。
二、PFC2D计算模型的几种生成方法
1.1规律排列颗粒流
1.2不规则排列
无规则排列，即：对一个给定空隙率的区域，采用颗粒来充填其中需要进行填充的空隙，并确保整个模型保持平衡。对于所能被填充的模型的初始空隙率，是有一个限制值，不能任意小。对于某些空隙率的模型，颗粒的填充可以无接触地排列，对于其它情况的空隙率，颗粒又可以重叠排列。

第一种方法，首先建立封闭区域的边界(简称墙体)，然后在封闭区域内任意生成一系列无接触的颗粒，最后移动区域的限制墙体，至所需要的空隙率。这种方法有三个缺点：1.区域的几何形状改变；2.收敛速度慢；3.最终的分布趋势是不均匀的第二种方法：运用GENERATE命令生成颗粒体，同时配合关键词高斯分配，即指定颗粒体半径的上下限，然后相应分配一个标准差，同时配合FISH函数来选择颗粒半径，最终生成我们所需要的模型。

new
defexpand
;---输入数据---
n_stiff=1e8;法向连接刚度
s_stiff=1e8;剪切连接刚度
width=10.0;区域宽
height=5.0;区域高
tot_vol=width*height
poros=0.12;最终目标空隙率
num=300;颗粒体数目
rat=1.5;最大最小半径比
;---导出所需数据---
mult=1.6;初始半径放大系数
n0=1.0-(1.0-poros)/mult^2
r0=sqrt(height*width*(1.0-n0)/(pi*num))
rlo=2.0*r0/(1.0+rat)
rhi=rat*rlo
_x1=width*(1.0+extend)
_y1=0.0

command
wallid=1ks=s_stiffkn=n_stiffnodes(_x0,_y0)(_x1,_y1)
end_command
_x0=width
_y0=-extend*height
_x1=width
_y1=height*(1.0+extend)
command
wallid=2ks=s_stiffkn=n_stiffnodes(_x0,_y0)(_x1,_y1)
end_command
_x0=width*(1.0+extend)
_y0=height
_x1=-extend*width
_y1=hei