PFC3D基础说明文档格式.docx
《PFC3D基础说明文档格式.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《PFC3D基础说明文档格式.docx（41页珍藏版）》请在冰点文库上搜索。
BALL
CLUMP
DELETE
GENERATE
JSET
WALL
FIX—FREE
MODEL
PROPERTY&
CHANGE&
INITIALIZE
BALL生成一个新颗粒；
CLUMP生成一个新块体，或修改已有块体的属性；
DELETE删除球、壁面、块体或历史（HISTORIES）；
GENERATE在特定空间内生成一组颗粒，其大小按指定方式分布；
JSET以给某个接触分配一个“接点”ID号的方式生成一组“接点”；
WALL生成一个新壁面或修改已有壁面的属性（包括修改物性和外加速度）；
FIX为颗粒设置固定速度标记
FREE清除颗粒的固定速度标记
MODEL在指定“接触”上使用用户自定义接触模型；
PROPERTY修改已有颗粒（ball）、接点（joint）、粘结（bond）和接触（contact）的属性。
球的属性包括物性、外加力和速度等；
使用区域元素（rangeelement）JSET，用户可以修改特定接点附件的颗粒属性；
对于“粘结”，接触粘结和平行粘结都可以被创建并修改其属性；
对于“接触”，PROPERTY用于修改用户自定接触模型的修改。
同义命令：
CHANGE、INITIALIZE。
2.1模型创建命令：
WALLkeyword…
WALL命令有两个功能，生成一个新的壁面，或按指定的ID号修改已有壁面的属性参数。
WALL不能使用RANGE逻辑，即不能给一个壁面的不同部分赋不同的属性参数。
壁面只与球有相互作用，壁面之间没有相互作用，因此壁面可以相互重叠。
壁面有两侧，有效侧（activeside）与非有效侧（inactiveside），只有与有效侧接触的球，才与壁面有相互作用。
关于有效侧的定义，见附录1。
每个壁面都可以设置平移速度与转动速度。
使用TheoryandBackground中的1.28公式，可更新构成壁面的每个顶点的位置，从而得到壁面的运动情况。
应当注意的是，转动速度的设定还与壁面转动中心有关，默认情况下，转动中心在坐标原点（0.0,0.0,0.0）。
两类壁面可以定义：
（1）无限大壁面：
由关键词origin和normal定义的一个无限大平面；
（2）有限壁面：
圆柱形或由一组凸面多边形组成，使用关键词face定义。
A.无限大壁面（infinitewall）:
无限壁面由关键词normal和origin定义，前者定义壁面的单位法向向量，所指向的一侧是壁面的有效侧；
后者定义壁面上的任意一点。
normalnx,ny,nz
无限壁面单位法向向量的分量；
originx0,y0,z0
无限壁面上任意一点的坐标；
B.圆柱壁面（cylinder）:
使用关键词typecylinder可以定义圆柱壁面，也可定义圆锥、圆台壁面等回旋壁面。
typecylinderkeyword…
end1x1,y1,z1
回旋面的第一个端点；
end2x2,y2,z2
回旋面的第二个端点；
radiusrl,ru
rl:
端点end1处的回旋半径；
ru:
端点end2处的回旋半径；
typecylinder的几点说明：
1）end1,end2至多只能缺省一个，缺省时对应的参数都为0；
2）rl和end1对应，ru和end2对应；
3）radius值决定了回旋壁面的类型：
i.rl=ru，对应圆柱壁面；
ii.rl=0.0，对应圆锥壁面；
iii.rl≠ru，对应圆台壁面；
例如：
Walltypecylinderend1000,end2001,radius0.5,0.5,id=1,kn=1e6,ks=1e6,fric=0.2;
生产半径为0.5的圆柱面；
Walltypecylinderend1000,end2001,radius0.0,0.5,id=1,kn=1e6,ks=1e6,fric=0.2;
生产地面半径为0.5的圆锥面；
Walltypecylinderend1000,end2001,radius0.2,0.5,id=1,kn=1e6,ks=1e6,fric=0.2;
生产上底面半径0.2，下底面半径为0.5的圆台面；
C.螺旋壁面（spiral）:
使用关键词typespiral可以生产螺旋壁面。
typespiralkeyword…
螺旋面的第一个端点；
螺旋面的第二个端点；
radinrin
rin:
螺旋面的内径；
radoutrout
rout:
螺旋面的外径；
pitchpt
pt:
螺距。
螺纹的个数由end1,end2之间的距离除以pitch得到的整数决定。
如ed1-end2=10,pitch=3，则螺纹数等于3个。
Walltypespiralend1000,end21000,radius0.5,1.0,pitch=1,id=1,kn=1e6,ks=1e6,fric=0.2;
生产10个螺纹的螺旋面；
D.凸面多边形壁面（convexpolygons）：
使用关键词face可以构造由若干有限平面（face）组成的有限壁面（wall），每个平面（face）必须是由一组按顺序连接的顶点（vertices）组成的多边形（polygon）；
有限壁面的有效侧按右手法则确定，详见附录1。
facex1,y1,z1x2,y2,z2…xn,yn,zn
x1,y1,z1x2,y2,z2…xn,yn,zn为平面多边形的顶点坐标，它们的位置顺序代表着顶点的连接顺序，决定了有效侧的位置。
使用具有相同ID号的WALL命令，可以在已有壁面上增加若干多边形平面，如下列命令定义了一系列有限壁面：
wallid=1face（1,1,1）（1,0,1）（6,0,1）（6,1,1）
wallid=2face（6,0,1）（6,0,6）（6,1,6）（6,1,1）
wallid=3face（1,0,6）（1,1,6）（6,1,6）（6,0,6）
wallid=4face（1,1,1）（1,1,6）（1,0,6）（1,0,1）
wallid=5face（2,1,2）（5,1,2）（5,0,2）（2,0,2）
wallid=5face（5,0,2）（5,1,2）（5,1,5）（5,0,5）
wallid=5face（2,0,5）（5,0,5）（5,1,5）（2,1,5）
wallid=5face（2,1,2）（2,0,2）（2,0,5）（2,1,5）
wallid=9normal0,1,0origin3.5,0.0,3.5
wallid=10normal0,-1,0origin3.5,1.0,3.5
通过使用多个具有相同ID号（id=5）的WALL命令，定义了一个由4个平面构成的凸面多边形壁面，如下图所示。
图1face定义有限平面
警告：
PFC3D软件现阶段只能生成有效的凸壁面，即有效侧夹角大于180°
的两个连接面（如图1中的id=5壁面）；
对于凹形几何结构，不能定义成一个壁面，必须通过连接不同的壁面得到。
E.WALL命令的其他关键词：
以下关键词用于设置壁面的属性，如刚度系数、摩擦系数、平移速度、旋转速度等。
关键词的可以在命令中的任意位置出现。
idid
指定壁面的ID号，必须是正整数。
如果不指定，则将选择比当前最大壁面id号大1的整数。
如果指定的id号已经存在，则对应壁面的属性将被修改，如增加1个平面，或修改刚度系数、摩擦系数等。
knkn
设定或修改壁面法向刚度系数（线性接触模型）；
ksks
设定或修改壁面切向刚度系数（线性接触模型）；
frictionf
设定或修改壁面摩擦系数；
xx
设定转动中心（x坐标）；
yy
设定转动中心（y坐标）；
zz
设定转动中心（z坐标）；
xspinxs
设定绕转动中心的转动速度（x分量）[单位：
弧度/秒]；
yspinys
设定绕转动中心的转动速度（y分量）[单位：
zspinzs
设定绕转动中心的转动速度（z分量）[单位：
xvelocityxv
设定平移速度（x分量）；
yvelocityyv
设定平移速度（y分量）；
zvelocityzv
设定平移速度（z分量）；
BALLradr<
生成半径为r的单个颗粒，可选择的关键词有：
hertz启用Hertz接触模型，若不是用该可选关键词，则模型默认使用线性接触模型
设置颗粒的ID号。
每个颗粒的ID号应为独一的正整数，如果模型内有相同的ID号，则软件会报错。
如果用户不设置颗粒ID号，软件将自动指定比当前模型内最大ID号大1的号码。
xx
球心的x坐标
yy
球心的y坐标
zz
球心的z坐标
GENERATE<
xxlxuyylyuzzlzuradiusrlruidiliu<
annulusxcyczcr1r2>
以下关键词可用于修改该命令的功能：
no_shadow禁止在非阴影区内生成颗粒（见附录二）；
默认情况下，颗粒会在壁面的有效侧与非有效侧生成。
triestmax
PFC3D默认尝试20,000次，以将指定数量的待生成颗粒置于指定空间。
该命令将尝试的次数设为tmax次，需注意的是，这个值只对当前Generate命令有效，并不是将模型内所有Generate命令的尝试次数都设为tmax。
filterfname
使用用户自定义的颗粒生成过滤器（user-definedgenerationfilter）。
在生成每个球的每一次尝试中，名为fname的FISH函数被调用，详见说明9和附录4。
gauss颗粒半径服从高斯概率分布，而不是默认的均匀概率分布。
此时，平均半径为（rl+ru）/2，标准偏差为（ru-rl）/2；
其中rl,ru为关键词radius定义的参数。
hertz新生颗粒使用Hertz接触模型。
若无该关键词，则使用默认的线性接触模型。
local该关键词只在并行计算过程起作用，用于强制性地只在本地处理器上生成颗粒，而不在处理器之间共享信息。
minrmin
该关键词只在使用了gauss关键词的情况下起作用，用于将高斯概率分布中的最小球半径设为rmin。
默认情况下，高斯概率分布中的最小球半径为rl/10。
1.BALL和GENERATE是用于生成新球的两个命令，他们之间有很大区别：
a）BALL是在用户指定的一个特定位置，生成一个新球；
新球的生成不受已有球的影响，允许与其他球有任意大的重叠；
由于球之间允许重叠，当循环计算开始时，球之间会突然产生大小相应于重叠量的作用力；
b）GENERATE是在用户指定的一个空间区域内，生成指定数量的新球；
新球的生成受已有球的影响，因为球与球之间不允许有重叠；
因此用GENERATE命令能否在指定空间生成指定数量的球，还取决于空间是否足够大，或生成球过程中的尝试次数（tries）是否足够多等；
c）BALL命令一般用于生成规则排列球组（Regularparticleassembly），GENERATE用于生成非规则排列球组（Irregularparticleassemble）；
2.Generate命令必须指定球的生成空间范围、半径大小分布形式和ID号范围（确定球的数量）。
球的位置与半径随机选择，因此最终生成的颗粒组的状态（位置和大小）受随机数发生器（Randomnumbergenerator）的影响。
SETrandom命令用于设置随机数发生器的状态，详见脚注1；
3.关键词xxlxuyylyuzzlzu用于定义指定空间，新生球的质心x，y，z坐标值分别处于区间[xl,xu]，[yl,yu]和[zl,zu]之内。
若使用可选关键词annulus，则颗粒的生成空间为一球环形空间，其球心为（xc,yc,zc），内外球径分别为r1,r2；
此时定义方形空间的x,y,z关键词可以省略，否则，指定的空间为annulus定义的球环形空间与x,y,z定义的方形空间的交集；
X,y,z与annulus等关键词只能定义简单的方形与球环形空间，而实际问题大多数涉及较复杂的空间。
此时最有效的方法是使用用户自定义FISH函数进一步限制球的生成空间，见关键词filter的说明；
4.球径大小由关键词radius定义，默认情况下，球径大小在区间[rl,ru]之内，且服从均匀概率分布（uniformdistribution），也可使用关键词gauss指定球径大小服从高斯概率分布；
5.关键词idiliu指定了需要生成多少数量的球。
生成球的总数量为iu-il+1，其中iu,il为球ID号的最大值与最小值；
6.Generate生成球时，新球与已有球之间不允许相互重叠，因此，当没有足够的空间（或尝试的次数不足，见关键词tries）生成所有指定数量的球时，将生成少于所需数量的球。
软件默认这种情况为发生错误，不过也可以使用SETgen_error命令将这种情况当作警告处理（软件提示警告信息，但是指令处理过程继续进行）；
颗粒生成以后，紧随其后应使用PROPERTY命令设置球的属性参数，包括法向刚度、切向刚度、局部阻尼、密度、摩擦系数，Hertz模型下的弹性模量、泊松比等。
7.triestmax的说明：
Generate命令生成的球与球之间不允许重叠，用Generate命令生成新球的过程是不断尝试的过程；
每次尝试先按指定的分布形式确定球径大小，并随机（伪随机）确定一个球心位置，再检测该位置周围是否有足够空间生成该球；
若空间足够，新球生成，否则进行下一次尝试。
软件默认尝试20,000次，当所需新生球数量较多时，必须使用triestmax命令，设置更大的尝试次数，否则即使有足够的空间，也不能生成所需数量的球。
8.filterfname：
该关键词的作用是引用用户自定义颗粒生成过滤器（generationfilter），fname是用户自定义FISH函数名，生成每个试产球（trialball）时都将被调用。
在函数fname里，试产球的半径通过fc_arg（0）传递，位置坐标的x,y,z分量分别通过fc_arg
（1）,fc_arg
（2）,fc_arg（3）传递。
要使试产球被接受（即其符合过滤条件），函数中fname的值设为0，否则fname的值设为1。
关于filterfname的更详细说，见附录4。
DELETEkeyword…
删除球（balls）、块（clumps）、历史（histories）或壁面（walls）等，命令的形式取决于要删除的对象。
相关关键词及其参数如下：
balls<
id>
<
range…>
删除球。
如果指定id号，仅删除对应的1个球；
如果指定一个范围（range），则处于该范围内的球（即质心处于该范围之内的球）都将被删除；
如果既不指定id号，也不指定范围，则模型中的所有球都将被删除。
利用FISH函数，我们能更灵活地按照所希望的方式删除一些对象，比如删除一些超出指定范围的球。
User’sGuide中的例3.21介绍了每经100个循环，删除位置低于某一高度的球。
关于FISH语言，将在另一部分给予介绍。
Example3.21FISHfunctiontodeleteescapingparticles
;
fname:
zapballs.DAT
defremove_balls
while_stepping
y_del_count=y_del_count+1
ify_del_count>
100
y_del_count=0
bp=ball_head
loopwhilebp#null
next=b_next（bp）
ifb_y（bp）<
y_del
ii=b_delete（bp）
end_if
bp=next
end_loop
end
clumpid
删除ID为id的块，不可指定范围（range）参数。
删除块只是解散组成块体的球，并不删除这些球。
histories删除所有历史记录（historytraces）。
另外，也可以用HISTORYreset命令擦除所有历史记录的内容。
wallsid
删除ID号为id的壁面，不可指定范围（range）参数。
CLUMP<
idid>
keywords…<
创建ID号为id的新块，若指定的id已经存在，则其功能为修改ID为id的块体的属性。
……
JSET……
……
2.2模型修改命令：
FIXkeyword…<
固定某一范围（range）内球的指定速度自由度，若不指定范围（range），该命令将应用于模型中的所有球。
应当注意的是，固定的是“速度”而不是位移。
当速度的某一分量被固定时，其速度将保持当前值不变，即每个循环中运动方程不会更新速度分量。
速度值可使用PROPERTY命令设置。
以下关键词可使用：
x固定x方向线速度；
y固定y方向线速度；
z固定z方向线速度；
xspin固定x方向角速度；
yspin固定y方向角速度；
zspin固定z方向角速度；
例如，下列命令行将把ID为5的球的x方向线速度固定为1.5m/s。
fixxrangeid=5;
propertyxvel=1.5rangeid=5;
FREEkeyword…<
FREE是与FIX相反的命令，其功能是移除对某一范围（range）内的球在速度自由度上的固化,若不指定范围，该命令将应用于模型中的所有球。
当某速度分量自由化（befree）后，其大小变化将由每个循环过程的运动方程决定。
默认情况下，所有球的所有分量都是自由变化的。
以下关键可用于该命令：
x释放x方向线速度（freesx-velocity）；
y释放y方向线速度；
z释放z方向线速度；
xspin释放x方向角速度；
yspin释放y方向角速度；
zspin释放z方向角速度；
PROPERTYkeyword<
addormultiply>
v<
gradientgxgygz>
<
keywordv…>
range…>
设置某范围（optionalrange）内已有球（balls）、接点（joints）、粘结（bonds）以及接触（contacts）的属性，包括球的物性、外加力和速度；
修改连接到某个接点的球的属性；
修改接触粘结和平行粘结的属性。
对于接触，PROPERTY只能修改用户自定义接触模型的接触属性。
若没有指定范围，则模型中所有有效对象的属性都将被修改。
命令CHANGE和INITIALIZE是PROPERTY的同义命令，具有相同的功能。
以下关键词可用于修改PROPERTY命令的功能：
addv
修改处于指定范围内的所有对象的参数值，使其在当前值的基础上加上设定值v得到新的值。
例如，给所有球的半径加0.1的命令是：
PROPERTYradiusadd0.1。
gradientgx,gy,gz
该关键词的作用是有梯度地设定参数值，
即将对象的的参数值设为：
。
这里关键词gradient应紧随v值之后设定，（x,y,z）为对象的位置坐标。
如果还使用了关键词multiply，则由gradient设定梯度（gx,gy,gz）也将用于乘数值的设定。
multiplyv
将指
升级会员 