[课件资料]PFC手册中文翻译整理1.pdf

Getting started 1 导言 1.1 背景与概述 PFC2D 是利用离散单元法（DEM ：1979年由Cundall和Strack提出）模拟球形颗粒 的运动和相互作用的软件。它最早是被用来模拟颗粒状材料的行为；对包 含有几百个颗粒的代表单元做过数值测试。颗粒模型被用来代表单元的 行为（条件是统一的），而连续的方法则被用来解决真实的具有复杂变形 模式的问题（其中单元行为取决于颗粒模型测试）。两个事实给这种近似 带来了变化。首先，对于particle assemblies而言，从测试结果中得到本构关系定律是非常困难的；再则，随 着电子计算机运算速度及存储量的飞速 展，使得利用大量颗粒模拟整 个问题成为可能；本构关系则自动在模型中体现出来了。PFC2D 旨在成为 可以解决固体力学和颗粒流的一种行之有效的工具。 一个与圆形颗粒的移动和相互作用有关的物理问题也许可以直接用PFC2 D进行模拟。利用两个或更多的颗粒来组成一个任意形状的物体也是可 能的，因此这样捏合起来的每组颗粒则可以代表各自的物体（可利用clum p logic，理论与背景，section 4）. PFC2D也可以用来模拟易碎的“固体”，即把每个颗粒与他周围的颗粒粘 结（bond）起来；得到的assembly就可以被看作“固体”，它具有弹性而且当 键（bond）在加工过程中被损坏时能够“fractuing”。 PFC2D包括大量的logic供用户使用，它们可被当作是bonded particles 的一个大软件包来模拟“固体” （其中很多的logic在augmented FishTank 中被执行过，FishTank是由FISH编写的一套公式，FISH是PFC2D的一种 嵌入式语言，见section3 in the fish volume）；“固体”可以使各项同性的，也可能被分割成不同的区域或块。这 种系统也可由离散元程序UDEC （Itasca2004）和3DEC （Itasca2003）模拟， 但是它们多用来模拟angular block 。然而，PFC2D拥有以下三个优势。1.它具有潜在的便捷性，因为判 断圆形物体是否接触比判断带角物体的接触容易的多；2.本质上，PFC2D 对物体的位移没有限制，即其可以任意大位移移动；3.不像UDEC （Itasca2 004）和3DEC （Itasca2003）中那样，在PFC2D 中，block可以破裂（因为它们 1 之间是由键粘合而成的）。PFC2D在模拟blocky 系统中的缺点是block 的边 界不平坦（planar）；那么以PFC2D的优点作为交换，用户只能接受“颠簸（b umpy）”的边界啦。 PFC2D 中对于几何形状、性质和求解条件的说明不可能像FLAC （Itasca20 02）或UDEC 中那样直接明了。例如，在一个连续的程序中，网格被生成， 初始应力被安置，边界条件被固定或不固定。在像PFC2D这样的颗粒代码 中，是不可能有一个简洁、一般而言的陈述的，因为想在一个给定的空间 中pack一定数量的颗粒就有很多种方法。生成颗粒后必须有一个压紧的 过程，直到满足要求的孔隙率。对于初始的应力也不可能有一个详细、独 立的说明，因为接触力完全取决于颗粒之间的相互位置。最后，边界条 的设定也比连续的程序中复杂的多，只因为PFC2D 中的边界并不是平坦 的曲面。这些问题本手册中都会提及，建议亲自动手实现手册中的练习程 序去模拟真实的问题。一个深层的困难是必须使模拟取得的数据与实验 室中的数据吻合。某种程度上说，这是一个反复的过程，因为想要从微观 的性质预测宏观的肉眼可见的物理行为，目前还没有一个完整的理论。然 而，本手册给出了指导方针，它会在用户吻合数据的过程中对用户提供帮 助（举例来说，某参数的变动会影响某个行为，或者不会）。需要认识到的 是，这些模拟将会是非常艰难的，因为它会不断挑战你的知识储备的极限 。然而，通过执行PFC2D的测试，我们可以对固体的力学得到一些基本的 认识（特别是断裂力学和损伤力学）。 DEM属显示的时间推进模式方法，理论与背景中section3中会有详细介绍 。这种模式有以下一些优势，1.它对于系统表现出不稳定的情形将会非常 的容易；2.模拟的规模只取决于计算机的容量，因为根本无需储存矩阵的 信息；3. PFC2D可能被用来模拟静态或力学问题，而要求解完整的力学运动方程 几乎只需我们知道静态解；这是为了遵从现实生活中的材料表现出的‘flo w’和失灵现象；4.无需