PFC2D&PFC3D系列介绍.doc

PFC2D&PFC3D系列
——为类岩土材料和粒状系统设计的2D和3D微观力学离散元分析软件
PFC（Particle Flow Code）是利用显式差分算法和离散元理论开发的微/细观力学程序，它是从介质的基本粒子结构的角度考虑介质的基本力学特性，并认为给定介质在不同应力条件下的基本特性主要取决于粒子之间接触状态的变化，适用研究粒状集合体的破裂和破裂发展问题、以及颗粒的流动（大位移）问题。
与使用FLAC/FLAC3D、UDEC/3DEC不同，PFC不能直接给模型介质”赋”物理力学参数和初始应力条件，所有这些都必须通过不断调整构成模型介质的基本粒子级配组成、接触方式和相应的微力学参数实现。

不同孔隙率下凝灰岩PFC3D模型
PFC2D&PFC3D的基本功能：
· 介质是颗粒的集合体，它由颗粒和颗粒之间的接触两个部分组成；
· 颗粒大小可以服从任意的分布形式；
· 接触方式和强度特征是决定介质基本性质的重要因素；
· “接触” 物理模型由线性弹簧或简化的Hertz-Mindlin、库仑滑移、接触或平行链接等模型组成；
· 凝块模型支持”奴化” 颗粒或凝块的创建，凝块体可以作为普通形状”超级颗粒” 使用；
· 可指定任意方向线段为带有自身接触性质的墙体，普通的墙体提供几何实体；
· “蜂房” 映射逻辑的使用确保了解题时间与系统颗粒数目呈线性（而非指数）增长；
· 模拟过程中颗粒和墙体可以随时增减；
· 提供了两种阻尼：局部非粘性和粘性；
· 密度调节功能可用来增加时间步长和优化解题效率；
· 通过能量跟踪可以观察体功、链接能、边界功、摩擦功、动能、应变能；
· 可以在任意多个环形区域量测平均应力、应变率、和孔隙率；
· 可以实时追踪所有变量并能存储起来和/或绘成”历史” 示图；
· 除全动态操作模式外，PFC还提供了准静态操作模式以确保快速收敛到稳定状态解；
· 内置接触模型包括：简单的粘弹性模型、简单的塑性模型、以及位移软化模型。
PFC2D&PFC3D的特色：
功能强大
PFC是以介质内部结构为基本单元（颗粒和接触）、从介质结构力学行为角度研究介质系统的力学特征和力学响应。PFC中有效的接触探测方式和显式求解方法保证可以精确快速地进行大量不同类型问题的模拟—从快速流动到坚硬固体的脆性断裂。
应用广泛
PFC是高级非连续介质程序，适用于任何需要考虑大应变和/或破裂、破裂发展、以及颗粒流动问题。在岩土体工程中可以用来研究结构开裂、堆石材料特性和稳定性、矿山崩落开采、边坡解体、爆破冲击等一系列传统数值方法难以解决的问题。
性能独特
PFC采用的显式求解方式为不稳定物理过程提供稳定解。它通过模拟介质系统内部颗粒间接触状态的变化精确描述介质的非线性特征，这一固有特性使PFC成为同类程序中唯一的商业软件。
实践证实
PFC已经在工程咨询、教学和研究中应用了近十年，目前持证用户超过600个，遍布32个国家。在世界各地已经被成功地应用到许多领域，包括采矿、土木、石油、化工、和废料隔离等工程。

螺轮传送俯视图
PFC2D&PFC3D的特色：
· 模拟任意尺寸粒子集合体的动力行为，允许粒子半径服从均匀分布或高斯分布
· 集合体（介质）特性与单个粒子有关，允许介质属性和粒子半径呈连续梯度变化
· 双精度存储粒子坐标和半径，避免数值溢出
· 粒子之间接触的物理状态包括：线弹性或简化的Hertz-Mindlin 模型、Coulomb 滑动、以及接触式或平行式粘结
· 集块逻辑帮助创建”隶属粒子组”即集块——用来代表某种几何形态的超级粒子
· 任何数目任意方位的线段可以被定义成边界单元（wall）。Wall可以用来实现对象几何形态的模拟，粒子的集合通过给边界单元（wall）施加速度实现。

· 自动时间步长计算以获得稳定解
· 计算过程中的单元扫描方式使计算时间只和粒子数目呈近似的线性增长关系
· 允许计算过程中随时增加和删除粒子及边界墙（wall）以模拟开挖和回填过程
· 两种阻尼方式可供选择：局部非粘性和粘性
· 密度比例可用来增加计算时间步和优化计算效率
· 能量跟踪技术允许对多种功和能如边界功、摩擦功、运动能和应变能进行跟踪记录
· 可对模型中给定圆形区域内任意数目的粒子测量其平均应力、平均应变率和孔隙等
· 允许对任何指标进行跟踪、记录、并以历程方式输出
· 准静态操作模式可以保证求解过程的快速收敛
· 功能强大的内置程序语言FISH提供了操作内部变量和进行个性化运算的完全渠道
· 显式求解方式可以实现对物理不稳定问题的模拟
· 内置接触模型包括：简单粘弹性模型、简单Ductile 模型和位移软化模型