PFC3D中文講解例題

1、通過例子學習幾種常見命令例二： PFC3D 目錄下的 GuideStartfooting.dat ，程序如下(注意：本程序與 原程序不同，特加了 plot set rotation (24.0,352.0,340.這0)句以使得模型轉(zhuǎn)過一定角 度，讓用戶看的更清楚， 另外還將原程序一分為二， 主要是為了更好地學習每個 命令的作用)，以下是程序代碼。;fname: footing.DAT (tutorial example for PFC3D)new; clear program state to begin new problemset random ; reset random-number

2、 generatortitle 'Tutorial Example'wall id=1 face ( 0, 0, 0) (10, 0, 0) (10, 0 -5) ( 0, 0,-5)wall id=2 face ( 0, 0, 0) ( 0, 0,-5) ( 0, 2,-5) ( 0, 2, 0)wall id=3 face (10, 0,-5) (10, 0, 0) (10, 2, 0) (10, 2,-5)wall id=4 face (10, 2,-5) (10, 2, 0) ( 0, 2, 0) ( 0, 2,-5)wall id=5 face ( 0, 0,-5)

3、(10, 0,-5) (10, 2,-5) ( 0, 2,-5)wall id=6 face ( 0, 0, 0) ( 0, 2, 0) (10, 2, 0) (10, 0, 0)gen id=1,750 rad 0.15,0.20 x=0,10 y=0,2 z=-5,0Jplot create Footingplot set title text 'Basic collection of particles in a box'plot set rotation (24.0,352.0,340.0)plot add ball yellowplot add wall whitep

4、lot add axes brown可編輯范本plot showpausewall id=1kn=1e8ks=1e8wall id=2kn=1e8ks=1e8wall id=3kn=1e8ks=1e8wall id=4kn=1e8ks=1e8wall id=5kn=1e8ks=1e8wall id=6kn=1e8ks=1e8prop density 2000 kn 1e8 ks 1e8ini rad mul 1.47Jset hist_rep=5hist ball zvel 3 1 0hist diagnostic mufset dt dscalecycle 3000以下是程序中逐條命令的解釋

5、：1、我們首先定義了模型的邊界，使用 WALL 命令，如下： wall id=1 face ( 0, 0, 0) (10, 0, 0) (10, 0 -5) ( 0, 0,-5) wall id=2 face ( 0, 0, 0) ( 0, 0,-5) ( 0, 2,-5) ( 0, 2, 0)wall id=3 face (10, 0,-5) (10, 0, 0) (10, 2, 0) (10, 2,-5) wall id=4 face (10, 2,-5) (10, 2, 0) ( 0, 2, 0) ( 0, 2,-5)wall id=5 face ( 0, 0,-5) (10, 0,-5

6、) (10, 2,-5) ( 0, 2,-5)wall id=6 face ( 0, 0, 0) ( 0, 2, 0) (10, 2, 0) (10, 0, 0)這些命令創(chuàng)造了一個由六個墻面圍成的箱子， 每個墻面都賦予了一個獨一無 二的 ID 號。每個墻面四邊形通過給出四邊形的四個頂點坐標來定義，即四個頂 點連成四條線， 然后再圍成一個四邊形墻面。 注意：頂點的順序決定了墻面是否 被激活，激活的墻面可以自動識別與小球的接觸，不激活的話就會被小球穿透，2、然后在箱子里填充小球，用 Gen erate命令，也可簡寫，如下：gen id=1,750 rad 0.15,0.20 x=0,10 y=0,

7、2 z=-5,0這個命令規(guī)定了小球填充的空間范圍，小球的大小以及填充的總個數(shù)。ld=1,750的含義是：ID號從1到750其實就生成了 750個小球，并給每個小 球指定了各自的 ID 號。Rad 0.15,0.2的含義是：小球半徑從 0.15m到0.20m隨機選擇x=0,10 y=0,2 z=-5,0 的含義是：小球填充的空間是 0<x<10， 0<y<2， -5<z<0 的一個立方體空間。如果填充的空間太小或者小球的半徑設(shè)置的太大， 以至于這個空間容不下這 么多的小球， 那系統(tǒng)會自動減少生成的球的個數(shù)， 并且系統(tǒng)會提示實際生成的球 的個數(shù)。3、模型的顯示用

8、命令plot，程序如下：plot create Footingplot set title text 'Basic collection of particles in a box'可編輯范本plot set rotation (24.0,352.0,340.0)plot add ball yellowplot add wall whiteplot add axes brownplot show從上面命令可以看出plot的用法規(guī)律，即與plot顯示相關(guān)的命令的前面都用 plot引出，然后后面再加相關(guān)的命令，如create Footing的意思就是創(chuàng)建一個名字 為Footing的

9、可視化窗口（這個在菜單欄點擊“ window”，下拉菜單可發(fā)現(xiàn)多了 一項view 1Footing，用戶可自己看下）；set title text是設(shè)定標題，set rotation是 設(shè)定模型的角度，以方便觀察；add ball yellow是設(shè)定球的顏色為黃色；add wall white是設(shè)定墻面（也就是邊界面）為白色；add axes brown是設(shè)定坐標軸為棕色； show是顯示模型的命令。4、定義墻面的法向剛度（normal stiffness和切向剛度（shear stiffnesswall id=1kn=1e8ks=1e8wall id=2kn=1e8ks=1e8wall id

10、=3kn=1e8ks=1e8wall id=4kn=1e8ks=1e8wall id=5kn=1e8ks=1e8wall id=6kn=1e8ks=1e8其中kn表示法向剛度，ks表示切向剛度，單位為N/m5、定義球的密度，法向剛度和切向剛度prop density 2000 kn 1e8 ks 1e8可編輯范本使用命令property，可簡寫為prop,定義密度density為2000kg/m3,法向剛 度和切向剛度均為 108N/m6、改變小球半徑ini rad mul 1.47ini 應(yīng)該是 initial 的簡寫,用于初始化小球半徑（有待考證）rad 表示半徑mul是multiply的

11、簡寫，是倍數(shù)的意思。1.47是倍數(shù)因子,表示現(xiàn)在半徑是原來半徑的1.47倍。7、設(shè)定監(jiān)測變量和采樣間隔時間set hist_rep=5hist ball zvel 3 1 0hist diagnostic mufhist是history歷史記錄是簡寫，set hist_rep=5表示每隔5個運算步記錄一次 變量的值（默認的是 10個運算步記錄一次）；本程序設(shè)定了兩個監(jiān)測對象,一個 是 hist ball zvel 3 1 0，表示的是中心坐標最接近 x=3， y=1， z=0 的球的 z 方向的 速度被監(jiān)測和記錄（在這個例子中， 282號球最接近這個坐標， 因此作為監(jiān)測球）； 另一個是 his

12、t diagnostic mu，f 是用來監(jiān)測系統(tǒng)的不平衡力， 主要用于靜力學分析， 當這個值趨于很小時，表示系統(tǒng)達到穩(wěn)定狀態(tài)。8、設(shè)定求解選項set dt dscale因為這是一個靜態(tài)分析，因此我們開啟density-scaling選項（簡寫為dscaie來優(yōu)化求解效率，dt應(yīng)該是這個選項中的某個模式（有待考證）。9、設(shè)定求解步數(shù)cycle 3000當寫入這句程序后，計算就開始了，計算的步數(shù)，時間步，總時間，不平衡 力平均值和最大不平衡力這些信息均顯示在屏幕上，并且每隔5個計算步更新一 次（這是set hist_rep=5的作用），圖像動畫每隔20個計算步更新一次（默認）， 這個更新時間可用

13、命令set pinterval來改變。另外，阻尼已經(jīng)在運動方程中被默認設(shè)定，用于吸收振動能量，更快地達到 平衡狀態(tài)。10、查看結(jié)果求解完畢后，用戶可輸入命令plot his 1來查看歷史記錄中第一個變量的數(shù)值 曲線。MEM"厶匕亠宜ill總E?：Sor efr- a zHaw、i i肝顯用徒Vi.Stezi-7* y-J*-1L.JS-1Wfi U1A野I it1 sA!isiJ5Figure 2 z-e/ociry hhtfHy of hull 282同理可輸入命令plot his 2來查看歷史記錄中第二個變量的數(shù)值曲線。由曲線可知系統(tǒng)在cycle=1000時已趨于穩(wěn)定，故可以將之

14、前的3000步改為1000步，以減少計算時間(個人愚見，僅供參考)。先對plot補充點說明：1、plot create *命令可用于創(chuàng)建多個圖像顯示窗口，但每次只能看一種結(jié)果，可以通 過菜單欄里的window選項卡來切換窗口，查看想看的結(jié)果2、 如只想顯示小球，則使用命令 plot ball，如只想顯示墻面，則使用命令 plot wall，如 二者都想顯示則 plot ball wall，如運行完畢后想顯示別的結(jié)果， 如接觸力則plot cforce (con tact force的簡寫)。總而言之，plot后面加你想顯示的東東即可，用戶需靈活使用。此外，程序中的注釋用英文的分號；，后面加注釋

15、的內(nèi)容即可。第二天的講解中小球都是自由狀態(tài)，無外力的作用，因此有必要討論施加外力的情況。(1)對小球施加重力作用;fname: footi ng.DAT (tutorial example for PFC3D)new; clear program state to beg in new problemset ran dom ; reset random-nu mber gen eratortitle 'Tutorial Example'wall id=1 face ( 0, 0, 0) (10, 0, 0) (10, 0 -5) ( 0, 0,-5)wall id=2 face

16、 ( 0, 0, 0) ( 0, 0,-5) ( 0, 2,-5) ( 0, 2, 0)wall id=3 face (10, 0,-5) (10, 0, 0) (10, 2, 0) (10, 2,-5)可編輯范本wall id=4 face (10, 2,-5) (10, 2, 0) ( 0, 2, 0) ( 0, 2,-5)wall id=5 face ( 0, 0,-5) (10, 0,-5) (10, 2,-5) ( 0, 2,-5) wall id=6 face ( 0, 0, 0) ( 0, 2, 0) (10, 2, 0) (10, 0, 0) gen id=1,750 rad

17、0.15,0.20 x=0,10 y=0,2 z=-5,0Jplot create Contact_Forceplot set title text 'Model at equilibrium'plot add ball yellowplot add wall whiteplot add cforce blackplot add axes brownplot showwall id=1kn=1e8ks=1e8wall id=2kn=1e8ks=1e8wall id=3kn=1e8ks=1e8wall id=4kn=1e8ks=1e8wall id=5kn=1e8ks=1e8wa

18、ll id=6kn=1e8ks=1e8prop density 2000 kn 1e8 ks 1e8 ini rad mul 1.47Jset hist_rep=5hist ball zvel 3 1 0hist diagnostic mufset dt dscale可編輯范本set grav 0 0 -9.81 prop fric 1.0eye 1000此程序與第二天的程序幾乎相同，唯一的不同是多加了兩句程序：set grav 0 0 -9.81prop fric 1.0第一句是設(shè)定重力加速度為9.81m/s2，方向為Z軸負方向，grav是重力gravity的簡寫;第二句是設(shè)定球與球之間的摩

19、擦系數(shù)，fric是friction的簡寫，在該程序中設(shè)定摩擦系數(shù)Ge-nre-r-R-crt-wrionX： is 口ocDcnX. a ciOoY： GQCbz -a EiOOkOdoz. a ooo札 * 口i1 nc ra-rn c nu .Ana-.1 D.OOOley. M 0*口)衛(wèi) rf lmju H 叩 aStep TOTO I T" 121 3 ZD12匚尸orce f hain售 .CoifTi pruu s-io-ni KTurifiiCiriMax Sim ym =為1.0。運行結(jié)果如下圖所示：Lirmai iyl(2)將上頂面換做一小塊下降的板，壓縮箱子里的

20、小球程序如下：;fname: footi ng.DAT(tutorial example for PFC3D)new; clear program state to begi n new problemset ran dom; reset random-nu mber gen eratortitle 'Tutorial Example'wall id=1face( 0,0, 0) (10, 0, 0) (10, 0 -5)( 0, 0,-5)wall id=2face( 0,0, 0) ( 0, 0,-5) ( 0, 2,-5) (0, 2, 0)wall id=3 face

21、(10, 0,-5) (10, 0, 0) (10, 2, 0) (10, 2,-5)wall id=4face(10,2,-5) (10, 2, 0) ( 0, 2, 0)( 0, 2,-5)wall id=5face( 0,0,-5) (10, 0,-5) (10, 2,-5)( 0, 2,-5)wall id=6 face ( 0, 0, 0) ( 0, 2, 0) (10, 2, 0) (10, 0, 0)gen id=1,750 rad 0.15,0.20 x=0,10 y=0,2 z=-5,0plot create Con tact_Forceplot set title text

22、 'Model at equilibrium'plot add ball yellowplot add wall blueplot showwall id=1kn=1e8ks=1e8wall id=2kn=1e8ks=1e8wall id=3kn=1e8ks=1e8wall id=4kn=1e8ks=1e8wall id=5kn=1e8ks=1e8wall id=6 kn=1e8 ks=1e8prop density 2000 kn 1e8 ks 1e8 ini rad mul 1.475set hist_rep=5hist ball zvel 3 1 0hist diag n

23、o stic muf set dt dscaleset grav 0 0 -9.81 prop fric 1.0delete wall 6wall id 10 face (0,0,0) (0,2,0) (2,2,0) (2,0,0)wall id 10 ks 1e8 kn 1e8 fric 1.0wall id 10 zvel=-0.5e-3property n_bon d=5e5 s_bon d=5e5hist wall zforce id 10eye 6000運行結(jié)果如圖所示與只施加重力的情況相比，這個程序多加了如下幾句代碼:delete wall 6wall id 10 face (0,

24、0,0) (0,2,0) (2,2,0) (2,0,0)wall id 10 ks 1e8 kn 1e8 fric 1.0wall id 10 zvel=-0.5e-3property n_bon d=5e5 s_bon d=5e5hist wall zforce id 10其中，delete wall 6是刪除編號為6的面，即箱子的頂面。wall id 10 face (0,0,0) (0,2,0) (2,2,0) (2,0,0)wall id 10 ks 1e8 kn 1e8 fric 1.0wall id 10 zvel=-0.5e-3是建立一個ID為10的墻面，設(shè)定面的法向剛度、切向剛

25、度、摩擦系數(shù)和Z方向的速度，這個速度的單位是 m/step，因為開啟了 density scaling (程序set dt dscale的作用)，如果是完全的動力學分析的話，單位將會是m/s (這個地方可解釋為：靜力學只考慮系統(tǒng)達到平衡穩(wěn)態(tài)的情況， 故單位與時間無關(guān)；動力學關(guān)注的是每一 時刻的狀態(tài)，故單位與時間有關(guān))property n_bond=5e5 s_bond=5e5是為所有的接觸面定義法向和切向強度，以此來模擬初始的接觸力(應(yīng)該是類似于預緊力的作用，值得商榷)，單位為Nhist wall zforce id 10用于監(jiān)測下降的板的Z方向的力的變化情況，計算完畢后如想查看，只需輸入 p

26、lot hist 3即可。結(jié)果如圖所示這個力的曲線圖與英文幫助手冊上的圖明顯不同，但不知道是什么原因出的錯， 有待思考。下面附上英文幫助手冊上的圖。(1) 補充一句程序說明在每個程序的開頭，經(jīng)常有句set ran dom,這句話的意思是重置隨機數(shù)，因為gen erate 生成小球的時候，半徑經(jīng)常是個范圍，需要隨機生成，如果不加這句的話，隨機得到的半徑大小可能一直是某一組隨機數(shù)，故需重置一下，這與vb編程中的隨機數(shù)重置設(shè)定是一樣的。(2) plot wall id=on顯示所有 wall 的 ID(3 )定義字符串變量命令：macro (手冊上的例子均是將某字符串賦給某個變量，因此我取名字符串變

27、量，如果是賦予具體數(shù)值，比如a=5之類的功能，應(yīng)該有別的命令可實現(xiàn)，待后續(xù))Macro xx x 0 10'Macro yy y 0 10'Macro zz 'z 0 10'Macro size ' id 1 100 rad 0.5 0.5Macro ball ' xx yy zz sizeMacro ' size'' id 1001 1100 rad 0.1 0.1;注意！ ！Gen ball以上程序需注意兩點：1、macro命令的結(jié)構(gòu)形式：macro+變量名+字符串，字符串要加單引號；2、 倒數(shù)第二句是重新定義了變量s

28、ize,需要注意的是size重新定義的時候需加單引號，第一次定義不需要加。(4) 一般分析流程這個流程應(yīng)該是先建立模型，設(shè)定接觸和材料屬性，施加載荷和約束，然后再運行 程序使達到穩(wěn)態(tài)，最后根據(jù)需要改變條件繼續(xù)求解，從而得出結(jié)果。(5) 生成球體的兩個命令命令gen erate和命令ballGen erate (簡寫為gen)在第二天的講解中已經(jīng)說過，它可一次生成大量的球填充到某 個空間內(nèi)，ball命令是一次只生成一個球，這也是與gen erate的區(qū)別。Ball命令的格式為：ball rad * id * x * y * z * ( *為各參數(shù)對應(yīng)的值，需用戶自己輸入)(6) 施加邊界條件Tu

29、filr LJ Surnmarj i>f fNfnnJary untJ irrifiwlctimfntjndiCamnwiiiEfieciWa.ll Cmdiuijei.WALLi>i曲腳 aEdliuiKifainx -cofnpo-nem.jW v£r ocitv of-mil about c enter df rotxdonX-velocLiy % all*畑iny-compoiiEtii of jng jlar uglbciry of will .aboiuiLinf roniion)r velocityyflachyof*alc1 y沖jt water of;n

30、apln=voffi訊惟 nc tAgulMaf *iill Abauc center of raw ionI'Wlcicitjar 比allBall Condiuan:HXr-vlMFty Aved m bill 1KininJtonpljff 梶 kx 切ba 1r幣區(qū)詞 和r bill聞n)-uiguLu wImk> nuil1h>f biUI-wloci冒 fi9ufJ fbrKill£Splfli -xti j Ijj elocity AmekI far ballINITIALXtQfCfj'CflPirwflmi of 詢net a卯1

31、71;d io bjildf mortwDt upl-dJ ttuliKmlodtyJTYOfTipiMia i 口 亡loci 咚 ipplieliobillyfafM-compofiem 誌島 疋亡 appl kd in ballyffiom fiipcinenl M ejjt佢肚rj ballVelocity-oampoFiefil ufi巨kwjly aplilLO tullrimrcEi-conipcinfnE of fbrt£appliedm bsllErrOrrf-icfnpijiif rn if rLon;n;菲皿虜 u bjl 1ivetoci;« oni

32、pone nc of * Iwrty 翠甲 Hed ics1SETgravityjnjtialiM： Entity1、給墻面施加速度和角速度Wall id 1 xvel 1e-3給ID號為1的墻面施加x方向速度，大小為1e-3Wall id 2 yspin 1e-3 x=2 y=2 z=0給ID號為2的墻面施加繞y軸轉(zhuǎn)動的角速度，旋轉(zhuǎn)中心坐標為（2,2,0）2、給球施加恒定不變的速度或角速度為球施加速度或角速度，可用命令initial，change property，但這種定義只能對球的速度進行初始化，不能保證以后球一直以恒定的速度運動下去，因此需要用到 fix命令。程序如下：Ini xvel 5e-3 zsp in 1e-3 range id 40Fix x zsp in range id 40上