PFC2D
關注創建者：匿名 創建時間：2021-07-23
PFC2D的實例教程
基于PFC2D的松砂和密砂的雙軸壓縮試驗模擬 ￥14.9
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限時免費：本算例的講解完整版本及命令流見以下鏈接：
https://mp.weixin.qq.com/s/Ru_D1TUaYycmA5z7jgMQOQ
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松砂和密實砂在雙軸壓縮過程中的力學行為有所不同。
在PFC2D中，采用球顆粒模擬砂粒，視砂粒之間的不存在內聚力作用，砂粒之間的接觸采用線性接觸模擬，分別生成松散和密實的模型，進行雙軸壓縮試驗，對比了其力學行為的差異。
為了獲得松散的試樣，球-球接觸使用的摩擦系數為0.3。在整個模擬過程中（樣本制備，各向同性壓實，雙軸壓縮），該值將保持不變。壁摩擦力設置為零，這樣在球面接觸中不會產生剪切力。無摩擦壁的使用減少了制備和壓縮階段的邊界效應。
為了制備致密的樣品，將球形接觸時的摩擦力初始設置為零。在準備階段和壓實階段之后，但在雙軸壓縮之前，將球形接觸的摩擦系數設置為0.3。
雙軸試驗分兩個階段進行：固結階段和雙軸壓縮階段。在各向同性固結階段，通過使用墻體的伺服功能，使試樣在規定的圍壓下達到平衡。之后在恒定側向應力下進行垂直方向的壓縮模擬。
最終的松砂模型和密砂模型的計算結果對比如下：
松砂和密砂試樣的豎向應力應變曲線如下，可看出，隨著豎向應變的增長，松砂試樣的應力持續增長，而密砂試樣隨著豎向應變的增長，豎向應力先快速增長后逐漸衰減，出現了明顯的波峰。
松砂試樣和密砂試樣的體應變隨豎向應變的對比結果如下圖所示，在雙軸壓縮過程中，松砂試樣體積持續減小，而密砂試樣在加載初期歷經一個體積縮小過程后逐漸轉化為體積膨脹。
主要建模過程及代碼展示如下：
展開 PFC2D大尺度離散元快速成樣技術
前言
離散元的成樣方法有很多，比如顆粒膨脹法、分層壓實法、落雨法等。這些成樣方法都能夠很好地生成均勻的試樣，但是面臨大尺度的離散元模型試驗模擬時，巨大的顆粒數目使得個人PC的計算能力日益窘迫。本文將介紹由 Matteo Oryem Ciantia 在文章 Numerical techniques for fast generation of large discrete-element models 提出的大尺度離散元模型快速成樣方法。
1. 制作Brick單元
PFC提供了brick功能，能夠將一小塊brick試樣copy到你想要的任意尺寸。因此成樣第一步就是制作一塊你想要的brick。
初始
model new
model random 10001
model mechanical timestep scale
[hmin = 0]
[hmax = 0.1]
[r = 0.6]
[rp = 0.018]
[rv = rp * 5]
[rc = rv + 0*rp]
[emodB = 1.0e8]
[kratio = 2.5]
[damp = 0.7]
[NumEnlarge = 2]
[grainPorosity = 0.2]
[density_ball = 2500.0]
[ballMin = 0.0006]
[ballMax = 0.0009]
model domain extent [0] [rc] ...
[hmin] [hmax] ...
展開 隨著技術發展,人們開始采用數值模擬來對土體力學特性演化進行研究[9],通過離散元顆粒流(particle flow code,PFC)來進行剪切試驗[10]、拉伸試驗[11],并且觀測對裂縫發展階段進行研究[12]。
對此,本文以加固尾砂為研究對象,在三軸試驗的基礎上開展PFC2D(particle flow code 2 dimensions,PFC2D)試驗,通過PFC2D來對加固尾砂各干濕循環階段力學性能進行模擬,以揭示在各循環次數下,加固尾砂各階段顆粒間受力變化和位移的演變,為后續模擬監測加固尾砂在干濕循環的劣化情況提供理論依據。
1 試驗尾砂與微生物
1.1 尾砂
在湖南省某鉛鋅礦尾礦壩取得實驗所使用尾砂,將尾砂烘干處理,使用2 mm篩網對烘干的尾砂進行初篩,去除大體積雜物,并通過參考《土工試驗方法標準》(GB/T 50123—2019)所記錄的實驗方法,對尾砂進行顆粒篩分分析試驗和土工試驗。除雜后取200 g尾砂,分別過1、0.5、0.25、0.1、0.075和0.05 mm孔徑的標準篩網,得到尾砂顆粒級配。并由此得到其曲率系數、不均勻系數和其他物理參數(如表1所示),由于Cu小于5且Cc小于1,可知該尾砂級配不良。
表1 尾砂物理參數和級配參數
Table 1 Tailings physical parameters and gradation parameters
1.2 微生物和膠結溶液
本試驗使用的微生物為巴氏芽孢桿菌(編號ATCC11859),來自于美國細菌菌種保藏中心。它以尿素為原材料,并通過其代謝活性產生大量的高活性脲酶。液體培養基由15 g/L酪蛋白胨、20 g/L尿素、5 g/L大豆蛋白胨、5 g/L氯化鈉組成?；旌锨耙后w培養基先經過高壓滅菌釜121 ℃滅菌20 min。
展開 顆粒流模型計算命令流生成器.part1.rar
顆粒流模型計算命令流生成器.part2.rar
AUTOcad里面的直線、多義線控制區域，將相應數據導入pfc以建立復雜模型。
以polyline定義wall，以3dface定義粒子投放區域及材料區域，以直線定義節理，其中0層設置為邊界wall，不刪除，其他層作為材料邊界粒子生成后要刪除。程序幫你生成基本命令流，對生成的文件略作修改即可運算。
控制文件如圖1
，粒子投放如圖2
，達到平衡如圖3
，地震誘導垮塌如圖4
，相應程序見附件，可考慮地震、節理巖體，開挖。
插件簡介
CAD顆粒密堆積2D插件可用于生成二維狀態下重力堆積的隨機顆粒。插件可指定投放區域、顆粒的粒徑范圍、顆粒間的間距、顆粒個數等信息，同時可模擬顆粒彈性及摩擦摩擦系數。
插件采用物理引擎對顆粒行為進行模擬，可實現顆粒在力場作用下的堆積、以及顆粒間的碰撞等。
插件可將當前圖形輸出到AutoCAD，可控制輸出時機，在可視化的同時保存當前狀態，生成的dwg文件可導入其他有限元軟件，同時可統計當前顆粒所占比例。
插件可指定顆粒間的最小間距，控制間距可在有限元分析中更好的劃分網格，避免計算不收斂。
可對同一模型進行多次輸出，通過CAD圖層對輸出進行劃分。
插件可進行力場方向的指定，實現不同的堆積模型，或進行分子熱運行模擬等。
采用堆積模式，可實現高比例粒子的分布模型，下圖為82.59%的比例。
說明提醒
插件需要注冊，注冊后可永久使用，版本更新不影響注冊狀態，注冊請聯系QQ：1135122921。
樣圖下載
Dwg格式樣圖，可導入Comsol、ANSYS、Abaqus等有限元軟件測試。
顆粒密堆積樣圖.rar
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2D 軟件建立二維模型，分析動力荷載作用下的邊坡穩定性，并根據顆粒位移及應力演變過程中的監測數據，分析碎石土邊坡的滑動與災變演化特征。
對此,本文以加固尾砂為研究對象,在三軸試驗的基礎上開展PFC2D(particle flow code 2 dimensions,PFC2D)試驗,通過PFC2D來對加固尾砂各干濕循環階段力學性能進行模擬,以揭示在各循環次數下,加固尾砂各階段顆粒間受力變化和位移的演變,為后續模擬監測加固尾砂在干濕循環的劣化情況提供理論依據。
巖石單軸巖石實驗
PFC2D大尺度離散元快速成樣技術
前言
離散元的成樣方法有很多，比如顆粒膨脹法、分層壓實法、落雨法等。這些成樣方法都能夠很好地生成均勻的試樣，但是面臨大尺度的離散元模型試驗模擬時，巨大的顆粒數目使得個人PC的計算能力日益窘迫。
插件簡介
CAD顆粒密堆積2D插件可用于生成二維狀態下重力堆積的隨機顆粒。插件可指定投放區域、顆粒的粒徑范圍、顆粒間的間距、顆粒個數等信息，同時可模擬顆粒彈性及摩擦摩擦系數。
插件采用物理引擎對顆粒行為進行模擬，可實現顆粒在力場作用下的堆積、以及顆粒間的碰撞等。
插件可將當前圖形輸出到AutoCAD，可控制輸出時機，在可視化的同時保存當前狀態，
顆粒流PFC2D (Particle Flow Code in 2 Dimensions)平臺數值模擬單元有兩種:顆粒圓筒和顆粒(disc or particle)，主要用于平面應力和平面應變的特殊情況;顆粒流PFC3D(Particle Flow Code in 3 Dimensions)的數值模擬單元是三維球體顆粒(granular)，主要用于三維受力分析。
FLAC3D (FastLagrangian Analysis of Continua in 3 Dimensions) (官方網站：www.itascacg.com) 作為專業的巖土工程三維分析軟件，其創始人是Cundall，Cundall大神開始是做PFC2D的，后面開發了FLAC2D，再后來推出了2002年4月推出了3D的第一個非DOS正式版本FLAC3D V2.1，隨后在2005年推出V3.0
最后列出一些巖石邊坡工程代表性的計算機軟件:
(1) 極限平衡法(LEM)：SLIDE2, SLIDE3, SLOPE/W
(2) 有限元法（FEM)：RS2, RS3, SIGMA/W, PLAXIS, GTS, Abaqus
(3) 有限差分法(FDM)：FLAC, FLAC/Slope, FLAC3D
(4) 離散元法(DEM)：UDEC, 3DEC, PFC2D, PFC3D
訓練結果如下：
(1) fracture的語義相似：
network; DFN; discrete;
aperture; hydraulic; length;
connectivity; fluid;
heterogeneous; voronoi；
(2) PFC3D的語義相似:
code; particle; Itasca;
BPM; PFC; assembly; PFC2D
', 'slopes', 'bridges', 'slopes', 'bridges', 'slope', 'bridges']
(11) 'bridges': ['in', 'a', 'in', 'in', 'application', 'in', 'and', 'by']
(12) 'in': ['rock', 'jointed', 'jointed', 'stability', 'pfc2d
