PFC Suite

 

 

PFC Partical Flow Code)是一款采用顆粒流離散單元法作為基本理論背景進行開發并商業化的高級通用計算分析程序,特別適用于散體或膠結材料的細觀力學特性描述和受力變形分析與研究。固體介質破裂和破裂擴展、散體狀顆粒的流動是PFC最基本的兩大功能,鑒于這兩類問題存在于很多行業,如機械構建的破損、建筑物結構破裂、大地構造斷裂形成及其發展過程、藥丸等顆粒攪拌過程相互接觸導致的成分和特性變化、切削和爆破導致的劈裂和散體運動等,或是破裂和破裂擴展的宏觀表現,或是顆粒運動的現實實例,都成為PFC的研究對象。目前在巖土、采礦、石油、機械、工業生產等領域得到極為廣泛的應用,在巖土體工程領域的代表性研究課題涵蓋節理巖體和土體的穩定性評價、地下水流動與耦合分析、支護結構模擬和水壓致裂研究等。

       PFC基于細觀力學看待所研究的介質對象,程序將現實地質體、工程結構處理為顆粒體的組合,結構面及內部缺陷等不連續特征通過節理接觸模型來表征,針對顆粒體受力變形等力學行為進行描述;采用接觸算法搜索顆粒體接觸條件并計算接觸受力狀態,當接觸出現屈服形成剪切滑動或張開時,顆粒體發生運動位移(平動、轉動)甚至破壞現象,核心技術決定了PFC從根本上區別于建立在宏觀連續或非連續介質基礎上的巖土體領域傳統數值方法。與連續力學方法相比,PFC方法的重要區別是能夠同時模擬連續體、和非連續體的力學行為,非連續特征(如巖體內節理、工程結構內材料缺陷或構造形態)的描述可選擇性采用如下諸多方式:

  • —  同時具備確定性和不確定性非連續特征如結構面的表現能力,輸入參數包括方位、長度、間距和貫通率等變量的均值和標準差
  • —  內置二次開發語言FISH可幫助用戶進一步干預非連續特征的分布狀態
  • —  引入隨機裂隙網處理技術(DFN)并提供第三方程序數據接口,依據勘察測試手段獲得的結構面統計成果,高效實現裂隙模型的創建
  • —  利用FISH開發語言,用戶可以自定義功能函數實現滿足特定需求的定制分析,PFC包含二維(PFC2D)和三維(PFC3D)兩個版本

       PFC的開發需求首先來源于公司自身從事工程科研設計工作的需要,且由巖土力學專家主持開發,過程嚴密、工程實用性強、和針對性突出是該軟件產品的最大特色之一。概括地,其獨特的技術能力和功能包括:

  • —  從細觀的角度模擬物理介質,避免了傳統理論分析問題時引入過多的人為假定。如PFC不采用傳統材料本構模型,而是通過更為直接的方式來自動獲得材料力學特性及其對應的宏觀力學參數
  • —  破裂及其導致的破壞是堅硬固體介質受力以后最根本的表現方式,其內在機理是細觀裂紋的產生和發展,PFC從模擬細觀裂紋的發生和發展過程的角度描述堅硬固體介質受力過程的響應。這種從根本、而非表象的角度進行力學模擬的方式使得PFC可以解決幾乎任何由破裂和破裂擴展導致的問題,如從宏觀的大地構造到細觀的機械構件疲勞損傷
  • —  散體介質顆粒流動的模擬能力為一些行業的復雜問題研究提供了科學手段,典型的問題包括機械設計、制藥等行業涉及的破碎和攪拌、土體振動液化等。PFC對散體介質顆粒流動的模擬功能幫助催生了一門新的學科 – Processing Engineering(過程/加工工程)
  • —  針對巖土體工程問題開發的專業功能,如從細觀角度的流固耦合、動力分析等,為深層次分析研究這些問題提供全新的工具和強有力的手段
  • —  特別地,隨著離散元理論的認識深化和軟件版本升級,PFC應用功能也逐步豐富擴展,如針對巖體結構面增加的三維裂隙網絡模擬技術等,體現了新版軟件專業能力上的國際前沿地位??

       正是PFC軟件與眾不同的的能力和功能,在軟件面世以后即被迅速地應用于不同的行業和領域,可能是世界上唯一針對巖土體工程開發、而被廣泛應用于其他行業的軟件產品。值得說明的是,與市面上表面上相似的其他軟件相比,PFC的根本性優勢在于其嚴密的力學原理和過程,即PFC中顆粒的所有行為都嚴格滿足傳統力學規模,從內在原理和過程方面保證了成果的科學合理性。

 

 

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