PFC3D - 手册中文 - fishtank

AUGMENTED FISHTANK

执行固体模型，需要特别支持算法扩展设置，固体以粒子集合代表，粒子接触中设置粘结。1)创建合成固体；2)通过模拟实验室试验确定其相关宏观参数；3)固体内部施加指定应力或对固体施加应力边界；4)监控和可视化固体内部破坏形式。

时间和资源限制不允许用户将这个函数嵌入程序代码。另外，这些算法尚未象基本命令设置一样经过严格测试。

Augmented FishTank主要应用于如硬的水晶岩如花岗岩。当将算法应用于不同参数系统，需要改变一些控制参数（如获得数字伺服机制）获得稳定性质。许多算法（如在较小内置应力，获得密实压缩）包含模拟高度非线型过程，但是不能保证不同输入参数得到稳定性质。 Augmented FishTank包含PFC建模环境集合和一些列FISH支持函数。PFC建模环境可以通过特别类型函数将拓展建模范围至在PFC2D和PFC3D。这些函数包含一系列FISH函数（*.fis）和驱动函数（*.dvr）。 通过在驱动函数中输入函数控制FISH函数，通常驱动文件定义PFC模型中特别例子。通过将驱动文件作为模板，这样可通过改变输入参数来确定模型力学性能的效应。

通常不能改变构成环境的FISH函数和驱动文件

Augmented FishTank是个完整的且内部首尾一致的单元，可以使用内部相关FISH函数。 安装Augmented FishTank

可设置环境变量itascaFishTank来指定当前Augmented FishTank，在

FISH数据文件需在FISH函数设置变量。 1)在桌面设置PFC3D快捷方式。

2)修改可执行数据文件快捷方式目标文件，后跟着设置Augmented FishTank路径的数据文件名和路径。

如果需要延伸环境设置来支持附加功能或将其赋予特定应用。需要编写自己FISH函数然后在已经存在环境设置一部分调用之。注意可将任意用户编写支持特殊应用的新FISH函数分入自己目录汇总，然后调用这些函数无需通过在FisTEnv.DVR文件中定义一个新环境变量（指定新路径）来指定完全路径

组织约定：

The Augmented FishTank 分为三类： FishPFC：包含PFC2D/3D均可用函数 FishPFC2：包含PFC2D可用函数 FishPFC：包含PFC3D可用函数

命名约定：aaB：其中aa表明环境；B对应环境是2D/3D（无字符为两者皆可）

一系列例子驱动文件包含在驱动目录，这些例子驱动文件演示如何使用特定环境，并且可作为参数研究模板。

标定试验过程

合成材料对颗粒尺寸和堆积模式相关。但是在指定模型参数时采用合

适尺度关系，颗粒尺寸影响可以消除。Section 3.3

不管粗粒或细粒，通过这个关系可以指定单一PFC属性，但表现同样材料反应。（这个是由统计分布从不同堆积和强度分布）(within the statistical scatter arising from the dual heterogeneity of packing and strength distribution)

当然压密方式对材料性质影响，但影响较小。

宏观属性与微观属性关系

用来标志PFC材料的属性可分为影响短期响应，和影响长期响应。 本节只描述微观参数控制接触粘结材料、平行粘结材料和无粘结材料。

接触粘结：5个参数 平行粘结：8个参数 无粘结：4个参数

两接触实体通过通过球体球心的梁连接。梁在其端点受到对应力和力矩矢量作用，梁的特征参数：

1） 几何参数：长度，截面积，惯性力矩； 2） 变形参数：杨氏模量，泊松比 3） 强度参数：法向强度，和切向强度

对于平行粘结，存在颗粒接触杨氏模量和平行粘结杨氏模量。 两接触球体A和B中连接梁有如下表示：

R[A]?R[B]半径：R?，长度：L?2R?R[A]?R[B]

2接触粘结中，梁承受存拉力和剪力：

梁截面积：A?2Rt(PFC2D) A?(2R)2(PFC3D) 惯性力矩： I? 变形：

变形不仅属于接触粘结也属于通用球球接触和球墙接触。 法向应力和切向应力不耦合。

11t(2R3)(PFC2D) I?(2R)4(PFC3D) 1212法向刚度：kn?AEc12IE 切向刚度：ks?3c LL其中Ec为接触杨氏模量。不同于全体集合杨氏模量。

对于线性接触模型，接触刚度k?按如下公式计算，假设两接触球体刚度k?[A]和k?[A]以并联方式计算：

k??[A][B]k?k?k??k?[A][B]

其中??s,n当两个颗粒kn和ks相等则。。。 通过公式转化得：kn = ks = 2Ect (2D)/

kn = ks 2Ec2R (3D)

上式表明：二维中，一个接触粘结模量与颗粒刚度成正比，而与颗粒半径无关。三维中，一个接触粘结模量与颗粒刚度成正比，而与颗粒半径成反比。

在微观尺度上，弹性梁泊松比与颗粒刚度无关。然而颗粒集合宏观泊松比可以根据任意排列颗粒集合得到，宏观泊松比与kn/ks有关。这会影响接触中法向和切向承受荷载比例。从而影响宏观破坏机制。 完整意义上设置变形参数，通过指定，1）每个粒间接触杨氏模量；2）kn/ks 强度； 法向应力：

??T/A

??V/A接触粘结法向强度：接触粘结切向强度：

?n??c?2Rt(2D)?n??c?4R(3D)?n??c?2Rt(2D)?n??c?4R(3D)22

从上式可知2D中接触粘结强度与半径成反比，3D中接触粘结强度与半径平方成反比

设置强度微观参数指定材料法向和切向强度平均值和标准差。同时也指定颗粒摩擦系数。 微观参数指定：

接触粘结：Ec，kn/ks μ?c（平均值和标准差）?c（平均值和标准差） 平行粘结

与颗粒滑动和接触粘结本构模型平行作用，平行粘结可以传递力和力矩

作用在粘结材料上的最大法向应力和切向应力为

平行粘结有五个参数得到：

法向和切向刚度knks（property pb_kn = kn pb_ks ks） 法向和切向强度?c?c（property pb_nstr =?c pb_sstr =?c） 粘结半径R（property pb_radius = ?）R??min(R[A],R[B]) 平行粘结宏观响应与承载力有关：梁的截面积和惯性力矩 几何属性

变形属性

强度

平行粘结法向强度和切向强度?c,?c 微观参数指定：

除了变形和强度微观参数，平行粘结还通过粘结半径来指定其情况，当粘结半径减小，则平行粘结刚度减小。这样可通过减小粘结半径模拟减少粘结在在两粘结球中间粘结材料的效果。 参数：?,Ec,kn/ks,Ec,kn/ks,?,?c,?c

平行粘结整体模量：颗粒重叠Ec?Ec，粘结破坏Ec 可以定义模量破坏指数：

可估计变形微观参数和全体颗粒集合的宏观模量。

其中?,?是粒间接触和平行粘结微观模量对宏观模量所占比例。E是宏观模量。这些比例用于指定粒子系统中大部分颗粒存在两个及以上接触抑制接触粘结颗粒对滚动。只指定接触粘结，测量模量得到?。同样，只指定平行粘结，测量模量得到?。 无粘结材料行为

无粘结材料强度由颗粒大小分布，材料孔隙率，和颗粒摩擦系数控制。颗粒内摩擦角和材料内摩擦角无明显关系。然而指定粒子集合可通过一些列合成材料的三轴试验建立关系 无粘结材料微观参数：n,Ec,kn/ks,? 样本起源程序。Genesis specimen

样本起源程序包括控制，定义材料。材料强度右高斯正态分布， 注意对于粘结结合样本，不能指定孔隙率，因为在样本起源程序中最初阶段孔隙率自动指定。而如果要增加孔隙率，可删除程序生成样本中粒子。

而对于无粘结材料，可指定孔隙率。 控制样本起源程序的参数：

定义接触粘结材料参数

定义平行粘结材料参数

定义无粘结材料参数

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