PFC2d建模及几种方法简介.ppt

;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 def expand ;--- 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) _y