離散單元法PFC中動力人工邊界的設置方法
數值計算是研究巖土體地震動力響應規律及災變機制的有效方法,計算工作的關鍵之一就是設置合理動力人工邊界條件。動力人工邊界理論上應當實現對原介質應力應變場的精確模擬,保證波在人工邊界處的傳播特性與原介質一致,使外行散射波通過人工邊界時無反射效應,發生完全的透射或被人工邊界完全吸收。
顆粒離散單元法(DEM)由于對每個顆粒單元應用牛頓第二定律,在接觸位置應用力-位移定律并不斷更新,顆粒單元運動不受變形量的限制,在研究巖土體失穩大變形問題時優越性顯著。
為了能夠采用顆粒離散單元法(DEM)正確有效地模擬斜坡等巖土體震裂破壞及運動大變形的全過程,建立合理的DEM動力人工邊界顯得尤為關鍵。
本案例計算了在離散元PFC中進行人工邊界的兩種方法:(1)高阻尼法,(2)黏性人工邊界。同時還對固定人工邊界的情況進行了對比
其中高阻尼法的原理是為邊界處的顆粒設置局部阻尼系數為1.0,以避免邊界處的波動反射。
黏性人工邊界的方法則是基于人工邊界的理論實現的,(參考了這篇論文,表以敬意。周興濤,盛謙,崔臻,冷先倫,付曉東,馬亞麗娜.顆粒離散單元法動力人工邊界設置方法[J].巖土力學,2018,39(07):2671-2680+2690.)
顆粒離散單元數值模型的黏性邊界條件設置條件如下:




本算例實現了在顆粒流PFC對黏性人工邊界的模擬。本算例進行了一維波的測試,并模擬對比了兩種人工邊界的模擬方法。
首先建立模型,在邊界墻體的伺服功能下平衡模型:

刪除邊界墻體,對右側邊界附近的顆粒運動進行約束模擬邊界,對于高阻尼的方法模擬是為右側邊界處的顆粒設置局部阻尼系數為1.0。黏性人工邊界的方法則是對邊界顆粒施加荷載,吸收掉入射的波動能量,以模擬無限介質。為左側邊界附近的顆粒施加脈沖波。

固定邊界模型中部處球顆粒的水平速度時程曲線如下:

高阻尼邊界模型中部處球顆粒的水平速度時程曲線如下:

黏性邊界模型中部處球顆粒的水平速度時程曲線如下:

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