6同济培训PFC汉化
颗粒流（PFC2D / 3D）基
础培训课程
Itasca的软件培训课程上海同济大学，中国10月27日至31日，
2008年
彼得Cundall，王艳辉汉和罗杰·哈特Itasca的咨询集团有限公司
PFC的基本训练课程
主题1：PFC功能和理论基础
-产品特点
- 理论主题2：PFC教程
-command汇总
无鱼 - 简单PFC数据文
- 设置了PFC模型逐渐复杂的方式主题3：FISH说明和教程件
- 鱼的描述
- 实施球生成算法
- 实施墙面型伺服控制
-Modeling方法和鱼缸建
模方法
物质起源材料测
试压缩测试的例
子
主题1：PFC功能和理论基础
-产品特点
- 理论
PFC2D / 3D功能
的任意大小的粒子的组件的动态行为建模; 粒子半径可均匀分布或根据高斯分布特性与单个颗粒有关，
从而允许连续灰度的性质和颗粒半径粒子的坐标和半径的双精度存储确保从数值漂移长期自由
PFC2D / 3D功能
联系物理学包括：线性弹簧或简化赫兹明德林法，库仑滑动，并且接触或平行粘合丛逻辑支持创建从属
于颗粒或团块组; 团块可作为一般形状的“超微粒”任何数目的任意面向线段可以被指定为壁，每个都
有其自己的接触性能; 一般墙面提供的几何对象; 组件是通过规定的墙上加载速度
PFC2D / 3D功能
自动时间步计算，以确保一个稳定的溶液小区映射方案线性，以
确保与颗粒的数即溶液时间增加颗粒和墙壁在模拟过程中可以添
加或删除（和属性改变）在任何时间两种阻尼提供：本地非粘性
和粘性
PFC2D / 3D功能密度缩放可用于增加时间步长和优化效率的解决方
案
能源跟踪允许观察：机身做工，键能，边界工作，摩擦功，动能，应变能平均应力，应变率和孔隙率的测量
值可以由在任意数量的特定的圆形区域
PFC2D / 3D功能任何量可以被跟踪随时间和存储的，并绘制成一个
历史
准静态工作模式是可用的（除了完全动态模式），以确保快速收敛到稳态解内置强大的编程语言（FISH）提供全面进入内部状态变量，允许一个自定义分析
PFC2D / 3D功能
显式求解方案提供了不稳定的物理过程的稳定溶液并且使得可以以模拟的大量粒子的非线性相互作用而没有
过度的存储器要求或需要进行迭代过程内置的联系型号包括：简单的粘弹性模型，简单的韧性模型，displacement-软化模型
PFC2D / 3D理论
PFC（2D＆3D）模型两种类型的对象：球和墙壁
球是磁盘（3自由度）或球（6自由度）。此外，团块可以是任意
形状的刚性地附连的球团。运动全方程求解球和团块。
壁表面，可与球相互作用（但不与其它壁），并且可以是平面的多边形或特殊形状：螺旋，圆筒。墙壁可
以用移动用户指定的速度或旋转，或编程功能。
物体（球球或球壁）之间的相互作用可以是任何力/位移定律 - 例如，线性，赫兹（非线性），迟滞，
粘，脆保税，保税ductile-等
PFC2D / 3D理论
联系方式 - 可视化与符号
球球接触球壁接触
PFC2D / 3D理论单位法向
量 -
质心之间的距离 -
重叠 -
然而，该剪切力增量而得：正常力从重叠直接产生：其中增量剪切位移是：
基于相对剪切速度矢量：
PFC2D / 3D理论
...其中在接触的相对速度矢量由下式给出：
使用以下表示法：最后，该剪切力而
得：通过接触旋转矫正剪切力矢量
与粒子的力和力矩从总接触力矢量，通过给予获得 -
PFC2D / 3D理论联系配方：
以前的发展设想，在接触点的线性弹簧模型：
（正常）（剪切）这种默认模式还允
许滑，由于摩擦：如果再
此外，还有一些其他的模式，这两个内置的和用户定义的。
赫兹-明德林模型是由两个弹性球体之间的接触的分析得出的非线性模型：
正常的割线刚度剪切切线刚度
PFC2D / 3D理论
有两个内置的粘接型号：联系人债券和平行的债券。联系国债的
行为说明如下。
法线方向剪切方向联系人债券或者是完好或损坏。它可能是由被打
破
无论是剪还是正常的实力被超过。若跌破，接触还原为无粘结行为（例如，滑是可能的）。PFC2D / 3D理论联系债券只是一个关联强度极限剪
切和正常接触力。没有力矩被产生。
平行键假定键合是在接触的有限区域中，以使时刻可响应于扭转和弯曲而产生的。
直接的力量
瞬间
PFC2D / 3D理论并行债券力作用与经常接触力（如前所述）平行，提供额外
的接触刚度。
最大纤维应力计算，并且如果任何应力分量超过相应的强度的键断裂。
PFC还允许用户自定义接触模型。这些都根据需要编译为DLL（动态链接库），并装载到PFC。用户定义的模型实施例中提供具有PFC
- 例如，粘弹性模型和一个普通的软化模型...
PFC2D / 3D理论
一般软化模型提供韧性峰值后的行为，而不是默认的结合模式的脆性行为。
力
移位单屈服条件结合了剪切和正常收益率（而不是独立的情况下，默认模
式）...
PFC2D / 3D理
论剪切力
法向力
产量信封“软化”（合同）塑料（不可逆）位移的功能：
使用关联流动法则：
PFC2D / 3D理论
阻尼配方：PFC可用于模拟静态或动态的系统。另外，有几个不同的类的问题（例如，影响;自由飞行;流动;紧凑固体）。
因此，可用几种形式的阻尼。
1.Default，“本地”阻尼 - 良好的紧凑型组件一般静态的解决方案。
2.Viscous接触阻尼 - 对于其中许多颗粒在自由飞行，然后形成稳定的组件的系统。
3.Hysteretic接触阻尼 - 好碎片建模的影响，但不能长时间接触。
PFC2D / 3D理论
当地阻尼：速度比例阻尼引入身体的力量可以影响的解决方案。
当地阻尼默认阻尼PFC。在一个球的阻尼力正比于不平衡力与符号组的大小，以确保振动模式被衰减。
PFC2D / 3D理论当地阻
尼：
阻尼力引入到运动方程：
ü
FF
吨
ü
e
?F
FD吨
I II
我
MI IM
其中Fi是的不平衡力。
阻尼力
FD
?Fsgnu
我
FD
I I
?FSGNü
I I I
不平衡力率（平均不平衡力超过平均接触力）可以监测检查静态平衡。当该比率小于一个小
的值，则该模型被认为是在静态平衡。（见求解命令。）
PFC2D / 3D理论
应用程序的两个主要领域：PFC有两
个主要领域得到应用 -
变形和流动的颗粒材料的1.Simulation
脆弹性固体2.Fracture
在这两种情况下的“合成材料”（由粒子的集合体），必须通过进行模拟的实验室测试来校准。PFC2D / 3D理论
校准：通常情况下，测试被执行以执行完全模拟之前匹配真实材料的下列属
性： 1.Elastic模量和泊松比
2.Peak实力
任选地，以下属性可以匹配：
1.Softening坡
2.Residual实力
3.Fracture韧性（用于脆性固体）
4.Crack引发应力（用于脆性
固体）
PFC2D / 3D理论
脆性固体 - PFC模型关系LEFM概念
数值粒子模型的行为和粒状材料的性质的关系是良好的记录。然而，使用的粘接粒子组件来表
示脆性固体几乎没有被理论上在文献中合理的。
微性能和LEFM机制和特性（断裂韧性）之间的理论联系导出，如下...
PFC2D / 3D理论
结论：
PFC是用于建模材料具有微结构的有用工具。许多机制自然演变在PFC模型相比，连续模式，其中每个效果必须预先编程。
土壤，岩石和混凝土的粒子模型具有突发特性 - 即宏观行为比微观行为更为复杂，新的机制出现。主题2：PFC教程
-command汇总
无鱼 - 简单PFC数据文件
- 设置了PFC模型逐渐复杂的方式
命令摘要（1）
命令汇总（2）
命令汇总（3）
命令汇总（4）
RANGE逻辑（1）
RANGE逻辑（2）
内置范围的元素：环，圆，
直线，线段，X，Y颜色，
标识，半径
JSET
组
FISH范围内的元素通过用
户定义的FISH函数
历史的逻辑
在运行过程中的样品和门店指定模型变量
内置变量---例如，球的位置，速度
FISH变量---比如，爆压
历史变量可以被绘制与步数或与其他历史变量所有的历史变量进
行采样在一个单一的采样间隔---例如，每20步
绘制逻辑
支持交互式浏览和硬拷贝多个“意见”
可以定义每个视图包含“情节的项目”
列表
大部分情节项都受到开关修改颜色，
标识，遮阳。。。
测量逻辑支持一定数量的自动计算了圆形/球形的区域（测量圆或
测量球）测量量包括：
配位数
多孔性
滑动部分
应力应
变率
两球碰撞
PFC2D 3.10
14点49分51秒星期一2008年9月22日
查看尺寸：
X：-6.650e-001 <=> 2.965e + 000 Y：-1.693e + 000 <=> 2.493e + 000
球
CForce链
压力拉力
***所有值零速
度
最大= 1.000e + 000线型
单球落
PFC2D 3.10
21时41分07秒星期一2008年9月22日
X10 ^ 20 1.0000010
查看尺寸：
X：-1.000E-001 <=> 2.100e + 000 Y：-5.187e-001 <=> 2.019e + 000
球速度
***所有值零
墙
CForce链压力
拉力
***所有值零历
史
10球5 Y坐标线型
1.000e + 020 < - > -1.000E + 020
与
3 p2_time（FISH功能）1.000e + 020 < - > -1.000E + 020
1.0000009
1.0000008
1.0000007
1.0000006
1.0000005
1.0000004
1.0000002
1.0000001
1.0000000
X10 ^ 20
单滚珠滑动沿
凸角
PFC2D 3.10
21时43分15秒星期一2008年9月22日
查看尺寸：
X：-1.500e-001 <=> 3.150e + 000 Y：-1.903e + 000 <=> 1.903e + 000
球速度
***所有值零
墙
CForce链压力
拉力
***所有值零
单球滑向凹
角落
PFC2D 3.10
21点45分18秒星期一2008年9月22日
查看尺寸：
X：-1.500e-001 <=> 3.150e + 000 Y：-1.553e + 000 <=> 2.253e + 000
球速度
最大= 0.000E + 000缩放到最大= 7.000e-001线型
墙
CForce链压力
拉力
最大= 0.000E + 000缩放到最大= 3.000e + 003
20球落进箱
PFC2D 3.10
21时48分37秒星期一2008年9月22日
X：-1.000E-001 <=> 2.100e + 000 Y：-2.687e-001 <=> 2.269e + 000 球墙
20球紧包装
步骤1461 21时50分42秒星期一2008年9月22
日查看尺寸：
X：-1.036e-001 <=> 2.175e + 000 Y：-2.266e-001 <=> 2.185e + 000
球速度
最大= 2.563e-013线型
墙
CForce链压力
拉力
最大= 2.492e + 006
简单的双轴测试
步骤2000 21时52分35秒星期一2008年9月22
日历史
10Mean接触力线型
1.168e + 006 < - > 4.513e + 006
11Mean不平衡力线型
0.000E + 000 < - > 3.895e + 006
与
步
1.000e + 000 < - >
2.000e + 003
X10 ^ 6
4.5
4
3.5
3.0
2.5
2.0
1.5
1.0
0.5
0.0
0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 1.2 1.4 1.6 1.8 2.0
X10 ^ 3
添加联系人或并行债券
步骤2000 21点55分34秒星期一2008年9月22
日查看尺寸：
X：-1.036e-001 <=> 2.175e + 000 Y：-2.266e-001 <=> 2.185e + 000
球速度
最大= 2.317e-013线型
墙
CForce链压力
拉力
最大= 2.492e + 006
联系债券
主题3：FISH说明和教程
- 鱼的描述
- 实施球生成算法
- 实施墙面型伺服控制
-Introduce鱼缸
物质起源材料
测试压缩试验
的例子
FISH说明
FISH（FLAC-ISH）是一个内置的编程语言Itasca的软件
FISH说明
FISH（FLAC-ISH）是一个内置的编程语言Itasca的软件功能都通过一个数据文件输入和被编译成存储在代码的存储空间的指令的列表变量是全局的，都可以随时监测或改变（通过SET命令）
动态类型（整数，浮点数，字符串指针，数组）FISH的典型应用
包括：
定义一个新的命令定义一个新的范围元素，历史
变量或阴谋项目控制一系列运行修改方案的过程
（函数被调用每步长）
FISH说明这里是一个FISH功能删除特定圈子内的所
有颗粒：
高清make_circle BP = ball_head循
环而BP＃空
next_ball = b_next在（bp）的定义
新功能
一数据的一部分
DIST = SQRT（（B_X（BP） - xcen）^ 2 +（b_y（BP） - ycen）^ 2）如果DIST <（弧度+b_rad（bp）的），然后
II = b_delete（BP）END_IF
BP = next_ball
文件
end_loop结束
集参
数
SET xcen = 5.0，ycen = 5.0，弧度= 2.1
make_circle
使用新的功能
FISH说明控制
语句
FISH参考，二段。2.3.2
DEFINE函数体END
CASEOF。。。END_CASE
IF。。。ELSE。。。END_IF
LOOP。。。END_LOOP
LOOP WHILE。。。END_LOOP
部分。。。END_SECTION
EXIT和出口段
FISH说明PFC
联系
FISH参考，二段。2.4
FISH变量可以印刷或从PFC设定
通过PRINT和SET命令的命令行PFC命
令可以从鱼中执行通过在封闭它们的
功能COMMAND。。。END_COMMAND
鱼符号可以在任何地方PFC被取代命令，
其中一些预期 - 例如，PROPERTY KN
= ball_stiff
FISH功能可以由计算周期内的几个地方，并要求当经由FISHCALLs执行期间发生特定事件FISH说明预定义变
量和函数内在功能
数学与实用功能表
函数
内存访问功能
绘图功能输入
输出功能PFC
特定的功能
支持和标准功能（例如，链表头）球
功能
接触功能墙
（墙段）功能
平行键函数测
量圈功能丛功
能
ball_head B_ID
（15）B_X
。。。。。
B_ID（14）B_X
。。。。。
B_ID（13）B_X
。。。。。
B_ID（12）B_X
。。。。。
零
b_next在
b_next在
b_next在
b_next在
表2.5代码特定的支持功能
类型函数名可用性B_FTR
云台
M_PTR circ_head
CL_FTR clump_head
C_FTR contact_head
W_FTR walLhead
B_FTR ba1Lnear2（FLT X，FLT y）的2D只只有B_FTR ba1Lnear3（FLT X，FLT Y，FLT Z）3D
B_FTR find_ball（INT ID）
M_PTR find_meas（INT ID）
W_FTR find_wall（INT ID）
INT INRANGE（STR RNG，ANY OBJ）
INT POINTER_TYPE（PTR P）
球的全局链表的ball_head头
表2.9球的支持函数的NS
类型函数名修改
C_PTR b_clist（B FTR马力）
INT b_delete（B FTR马力）
ANY b_extra（B FTR马力，INT I）是
INT B_ID（B_FTR马力）
B_PTR b_next在（B FTR马力）
INT b_type（B FTR马力）
B_PTR b_cllist（B FTR马力）
CL FTR b_clump（B_PTR马力）
INT b_shared（B_PTR马力）
B_ID（马力）b_next在
（马力）球马力的ID
nu1nber
下一个球在球的全局链表地址
表2.10球的物理特性乐趣ctions
b_dens（HP）b_fric（HP）b_kn（马力）b_ks（HN）
ITASCA?
密度摩
擦系数
正常的刚度（线性接触模型）剪切刚度（线性接触1nodel）
遍历联系人围绕一个球遍
历联系人围绕一个球
例如2.11控制一系列PFC2D的运行（fishr12.dat）
球生成算法产生具有均匀尺寸分布的
颗粒的集合
半径范围内的孔隙率，N。Rmin的值Rmax，填补给定区域A，在给定的
A1N
R R
计算：
?
R 2
，R最小
最大2
产生N个球，在一半的最终大小。
计算孔隙度，生成的程序
集的N0。
乘法球半径由系数米1N。
1N0
球生成算法球生成过程
（bg.dvr）
生成围壁在产生一半的最终大小的颗粒（颗
粒无重叠）计算当前孔隙比N0
由米扩大粒子= SQRT（N / N0）解决/步平
衡
简单的墙基伺服控制
实现壁挂伺服（bg1.dvr）
包括bg.dvr操作
修改的壁的速度，以便保持平均壁应力的从FISHCALL，每一步激活伺服功
能不断调整所述顶壁的垂直速度在运行系统进入平衡的处理（伺服控制）
直接和间接建模方法
岩石是指具有因的存在和形成大量的微裂纹非弹性变形的脆性异质材料。受到越来越多的负载，这些微裂纹合并成宏观裂缝或断裂。用于建模此无弹性变形和断裂的方法可分为两类，这取决于是否损坏经由其上构关系，或直接由大量的微裂纹的形成和跟踪效果间接表示。
直接和间接建模方法
最间接的建模方法理想
化的材料作为连续
利用在本构关系材料降解的平均措施表示不可逆的微结构破坏模特
属性和已知的材料性能之间的关系
不受离散性直接建模方
法
理想化的材料作为结构单元的集合（弹簧，梁等）或分离的颗粒在它们的
接触点粘合在一起利用单个结构单元或债券为代表的损害的断裂校准宏
观属性，以便将所得的合成材料的行为类似于的预期物理材料直接的方法
已被用来帮助制定通过间接方法所需的本构关系解决边界值问题
增加计算能力做出了模拟整个边界值问题的直接方法是可行的，从而直接模拟物理微机制
微房产校准无粘结接触
模型
-Deformation
- 微物业规范
微房产校准面
积和转动惯量
联系债券模式
-Deformation
联系的杨氏模量
- 微物业规范
-Strength微房产校
准面积和转动惯量
同时，债券的模型
-Deformation
- 微物业规范
-Strength平行的粘结强度和材料强度之间的直接1对1的对应关系。
微房产校准校准的弹性性能，峰值强度和裂纹萌生压
力
鱼缸
鱼缸
标本创世纪
该材料发生过程产生包含晶粒的合成材料（无论是圆形/球形颗粒和/或团块）和水泥（接触和/或并联键）。该材料中产生，使得它形成在指定围压的各向同性和连接良好的系统的材料的容器。粒状材料是通过在该过程的最后阶段不添加水泥生产。
标本创世纪标本创世
纪
标本创世纪标本创世
纪
标本创世纪标本创世
纪
标本创世纪
标本创世纪
标本创世纪
标本创世纪
标本创世纪
标本创世纪
标本创世纪
标本创世纪