PFC手册中文翻译整理1 - 下载本文

指定范围在绘图中是特别有用。指定组用在当某一特定收集的粒子需要加以处理时。不管他们是否在整个建模过程留在原来的坐标。把模型的组成部分看作组,占有的空间看作范围。

2.7 PFC2D使用方法

PFC2D采用了命令驱动格式。文字命令控制程序的运作。本节介绍了进行简单的PFC2D计算所需的基本命令。如教程第2.2节的例子。

为了建立一个模型来模拟运行PFC2D,必须指定三个基本条件: (1)颗粒组装;

(2)接触行为和材料性能; (3)边界和初始条件。

颗粒组装由颗粒的位置和尺寸分布组成。接触行为和相关的材料特性决定了这类会产生扰动(因挖掘的变形响应)。边界和初始条件确定原位状态。(即在改变现在的状态或扰动之前)

给定这些条件以后,模型具有初始的平衡状态。计算程序图2.9。

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2.7.1 简单的模型生成

2.7.1.1 颗粒生成

本节描述了用BALL和GENERATE命令生成颗粒。使用pfc2d时GENERATE命令通常可以生成许多颗粒。也可以用BALL命令生成一个颗粒。用BALL命令的形式如例2.12。

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生成指定半径颗粒的参数的命令是radius。如果球的编号省略(编号未指定),那么选择的新编号是大于当前最大编号的号码。然而,任意编号可指定新的球,只要它与现有的球编号不一样,并且不为零。如果没有具体的说明,新颗粒的坐标默认为(0,0);此外关键字x和y可以给定坐标。BALL命令允许用户生成相互重叠的颗粒。不象GENERATE命令,它不能识别已存在的球。当使用循环命令时,重叠的颗粒将会产生很大的斥力(如果给定合理的接触刚度)。这两个重叠的颗粒将会快速彼此分离,直到它们到达指定位置。BALL命令可以定义无属性。在给指定范围和组的颗粒设定属性时用PROPERTY命令。可选择的关键字hertz,可以放在某行中的任意位置,使生成的颗粒服从Hertz-Mindlin接触法则而不是默认的线性法则。在这种情况下,颗粒材料的弹性性质可以由PROPERTY给定。

大多数PFC2D模拟的起点都是给定区域并出于平衡的密集颗粒。然而,没有专门的方法来填补多孔性颗粒的多角空间,唯一的办法就是用填料。通常我们用随机分布的固体材料或颗粒状材料来表示。在现有的一些方法中,新的颗粒与现有的颗粒用一定规则相联系,以确保颗粒被压密。这种方法有两个缺点:第一,给密集颗粒加载时,初始的平衡得不到保证;第二,不能保证密集颗粒是否各向同性和均匀分布。

在PFC2D中,颗粒发生器并不试图建立一个紧密的包装。这将在后面讲述。通过扩大半径或者改变边界条件。当GENERATE命令生成一种新的颗粒,它会在指定区域选择一个随机的半径和位置。如果颗粒不合适(例如和现有的颗粒重合),半径不变位置随机。发生器就有所限制。用户可以通过GENERATE命令在tries设置参数(默认值是20,000)。如果生成的颗粒都不满足要求,将会有信息提示。一般情况下,用户可以改变参数(如减小半径或增大试验次数)重新生成。如果生成成功,由此产生的颗粒将占有很大空间。那么半径可能会增大以减小空隙率。PFC2D循环可以使颗粒在低摩擦下达到机械平衡。由此产生的颗粒为各向同性和均匀分布。通过调试半径会增大,直到压缩完成。更为系统的方法见3.3.2,使用FISH函数。现在,我们用经验法来说明生成过程的某些方面。

GENERATE命令生成N个颗粒,

其中

分别为第一个和最后一个颗粒的编号。给定范围内的编

号要与现有的编号不同。否则选择的数量就没有限制——它们不需要按顺序排在现有的编号之后。事实上,往往是在方便选择的范围内选择。接下来的命令如PROPERTY,将涉及到一系列指定的颗粒。除了编号参数,半径范围和空间范围必须通过GENERATE命令指定。空间范围可以采取以下方式或是一个简单的矩形区域,或两个同心圆之间的区域。几个GENERATE命令可以考虑重叠区域(颗粒才适合)。例2.13创建了两个混合微粒尺寸。宏名使文件更可读。

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注意在这种情况下,给定半径的上下限限制相同,就生成单颗粒。如果半径限制不同,那么半径由随机数数发生器产生。默认情况下,颗粒是取自指定上下限均匀分布的半径。

如果关键字gauss位于范围参数之前,那么半径是从一个正态(高斯)分布得到,(R2+R1)/2的平均值和(R2-R1)/2的标准差,其中R1和R2是生成时输入的半径的下限和上限。原则上,高斯分布可能会导致对粒子产生零增长或负半径,因为“尾巴”的分布范围无限大。为了避免这种情况,将产生的半径小于R1/10的粒子半径取为R1/10。使用者可以覆盖此默认通过提供一个新的临界值,这个临界值通过关键词min来改变。

可以用墙来修改创建颗粒的区域;关键字no-shadow使已有墙壁的生成命令变得敏感。如果这个关键字出现(在range之前),就不会有粒子在已有墙壁后

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面产生。试想,例如,太阳是面向活动墙面的垂直方向;禁区的粒子在墙的影子区域(即,该地区被一套线封闭,这些线从墙的正常方向外围所有点得到,远离不活动的一侧墙)。为了用子粒填充复杂形状,墙壁得放置在适当的地方,如果不是后来需要的边界条件就可以删除。例2.14的数据集用来说明粒子是如何局限于一个角度区域。最初的墙被删除,然后当节点逆转的时候重新创建,再用不同半径的球来填充剩余的空间。

Example 2.14在一个非矩形区域中限制粒子

由此产生的粒子集合见图2.11

图2.11在非矩形区域的被约束粒子

迄今为止给出的例子都用了各种规格的矩形。关键词annulus可以用来生成带或不带中心孔的圆形区域粒子。如果两种形式都被使用,则生成的区域是两种

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