《颗粒流（PFC5.0）数值模拟技术及应用》- 正版书

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《颗粒流（PFC5.0）数值模拟技术及应用》

一、内容简介：

离散元颗粒流方法，能实现数值模型宏观力学响应特性逼近真实材料的力学响应特征，在各种数值模拟方法中显示出巨大的优势，应运而生而广受关注。PFC5.0软件，充分利用了复杂颗粒、空间裂隙网络几何构造方法，是对原有版本软件的巨大提高，优化了计算速度，改进了算法，大大拓展了颗粒流方法在科学研究中的应用。在本人看来，其可应用范围，小到微观尺度、大可到星系空间，无所不能。

没有任何事物是永恒不变的，“万物皆流，无物常驻”，赫拉克利特（Heraclitus)的名言特别适合岩土材料。砂土、土石混合体、堆石坝、铁路路基，甚至岩石、混凝土等等，本质上均是由散体介质胶结或者架空而成，通过颗粒介质材料承受并传递荷载，即使是岩石、混凝土等强度很高的介质，内部也存在大量的微观裂隙、骨料等细观特征。这些细观特征的存在，加上外部物理环境的变化，导致宏观介质力学特性不变演化变形直至破坏，引起广大学者普遍关注。复杂的问题多种多样，如果只采用固化思维，很容易违背了数值模拟的某些原则，造成计算结果的失真。只有跳出思维的定式，才能洞窥世界的奥妙。做什么事情，都是如此。

离散元颗粒流方法，能实现数值模型逼近真实材料的力学响应特征，在各种数值模拟方法中显示出巨大的优势，因而广受关注。PFC5.0软件，充分利用了复杂颗粒、空间裂隙网络几何图形构造方法，是对原有版本软件的巨大提高，优化了计算速度，改进了算法，大大拓展了颗粒流方法在科学研究中的应用。在笔者看来，其可应用范围，小到微观尺度，大可到星系空间，无所不能。

然而学而不思则罔，思而不学则殆，任何软件都只是一个工具，其原理方法规则远比会用重要，运用之妙，存乎于心。学习颗粒流方法的人不外乎分三个层次:初学者重在熟悉命令，了解计算的规则，此为第一个层次，解决“会”的问题；然后能自编程序，拓展功能，解决“精”的问题；最后跳出软件，仰首思索，任何数据、几何图形、问题、方案皆了然于胸，俯首可拾，各种数值方法均可相通，此为数值模拟之第三个境界。

本书的撰写，寄希望用简单的实例教授最基本的原则，因此剔除了颗粒流理论方法方面的介绍。在了解命令的基础上重在明白各种数值模拟技术措施的原理与实现方法，与浩如烟海的工程问题相比，本书所列方法只是冰山一角，如果你希望本书能够完全解决你的问题，却是万万不可能的，求全责备往往希望越大，失望越大，还不如放弃此书。如果能通过本书，了解数值模拟的本质，再嵌入自己的思维，简化问题、解决问题，达到手中无书，心中有术，这才是本书的目的，也是笔者撰写本书最大的期望。

二、课程目录：

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第1章 PFC5.0的基本特点与界面操作

1.1 岩土工程颗粒流方法应用背景

1.2 PFC方法简介

1.3 PFC5.O软件的新特点

1.3.1 PFC5.0新增选项

1.3.2 停止使用的选项

1.3.3 PFC4.O与5.0对比

1.4 PFC软件运行界面操作

1.4.1 安装与卸载

1.4.2 PFC安装文件夹内容

1.4.3 PFC5.O软件图形界面

1.5 PFC5.0图形属性界面操作

1.5.1 绘图选项控制集

1.5.2 绘图条目控制集

1.6 本章总结

第2章 PFC5.O基本命令与模型构建技术

2.1 常用的通用命令

2.1.1 PFC命令流编制顺序

2.1.2 几个通用命令

2.2 PFC5.0中与几何图形有关的命令

2.2.1 Range定义范围与使用

2.2.2 Geometry(几何图形)的使用

2.2.3 离散裂隙网络DFN与使用

2.3 PFC5.0颗粒生成方法

2.3.1 规则排列颗粒生成方法

2.3.2 随机分布颗粒生成方法

2.3.3 外部颗粒导人生成法

2.3.4 块体颗粒组装模型方法

2.4 PFC5.0中刚性簇(clump)生成方法

2.4.1 常见刚性簇生成原理

2.4.2 刚性簇逐个生成方法

2.4.3 基于簇模板随机生成方法

2.4.4 柔性簇cluster的生成

2.4.5 刚性簇(clump)与柔性簇(cluster)转化方法

2.5 PFC5.O的墙(wall)生成方法

2.5.1 命令生成方法

2.5.2 几何图形导入法

2.6 PFC5.0接触的定义方法

2.6.1 PFC中的接触模型

2.6.2 接触模型分配表(cmat)法

2.6.3 当前接触定义(contact)法

2.6.4 接触施加实例验证

2.7 PFC5.0信息记录与后处理

2.7.1 hist记录方法

2.7.2 result记录方法

2.7.3 measure记录方法

2.7.4 目标轨迹追踪(trace)方法

2.8 本章小结

第3章 奔向颗粒流高级应用的桥梁：FISH语言

3.1 FISH语言基本规则

3.1.1 指令行

3.1.2 数据类型

3.1.3 函数或变量命名

3.1.4 函数：结构、评价和援引

3.1.5 算术：表示及类型转化

3.1.6 重新定义FISH函数

3.1.7 函数执行

3.1.8 内联FISH和FISH片段

3.1.9 FISH回调事件

3.1.10 FISH错误处理

3.2 FISH声明语句

3.2.1 变量声明语句

3.2.2 条件控制语句

3.2.3 循环控制语句

3.2.4 其他语句

3.3 FISH内嵌函数

3.3.1 常用命令特性函数

3.3.2 离散裂隙网络控制函数

3.3.3 片段与几何图形控制函数

3.3.4 实体内变量函数

3.4 FISH编程实例

3.4.1 利用FISH函数实现实体信息的输出

3.4.2 利用FISH函数生成各种分布随机数

3.4.3 利用FISH函数将分组颗粒构造为柔性簇

3.4.4 FISH随机生成颗粒簇

3.4.5 利用FISH计算边坡的动力响应

3.5 本章小结

第4章 伺服机制及数值试验实现技术

4.1 颗粒流中的边界伺服机制

4.1.1 伺服原理

4.1.2 伺服方法

4.2 二维与三维压缩试验实现

4.2.1 二维压缩试验命令流编制

4.2.2 三维真三轴压缩试验命令流编制

4.2.3 三维圆柱形假三轴压缩试验命令流编制

4.3 二维与三维剪切试验实现

4.3.1 二维剪切试验实现

4.3.2 三维剪切试验实现

4.4 任意几何模型的伺服实现

4.4.1 劈裂试验模型与实现

4.4.2 任意形状模型的伺服与实现

4.5 柔性颗粒膜伺服实现

4.6 伺服过程中的几个问题分析

4.6.1 时间步选择

4.6.2 阻尼设置

4.6.3 如何令模型快速满足要求

4.7 数值模型状态的检测

4.7.1 应变检测

4.7.2 应力检测

4.7.3 配位数检测

4.7.4 颗粒体系压密状态对应力一应变曲线的影响

4.8 本章总结

第5章 接触模型与参数标定方法研究

5.1 FishTANK的使用方法

5.1.1 FishTANK的构成与使用

5.1.2 二维平行黏结双轴试验实现实例

5.1.3 FishTANK的用途探讨

5.2 FishTANK标定参数需要设置的参量

5.2.1 PFC材料及共有属性设置

5.2.2 线性模型需要设置的参数

5.2.3 接触黏结模型需要设置的参数

5.2.4 平行黏结模型需要设置的参数

5.2.5 节理模型需要设置的参数

5.3 接触黏结与平行黏结模型参数标定规律

5.3.1 标定参数基本条件

5.3.2 平行黏结线性对应快速标定法

5.3.3 接触黏结线性对应快速标定法

5.3.4 混合模型参数标定法

5.4 不同应变率下平行黏结模型参数快速标定

5.4.1 试验情况

5.4.2 数值模型的构建

5.4.3 细观参数对宏观变形与强度的影响

5.4.4 应变率随动平行黏结模型

5.4.5 数值模拟结果分析

5.5 蠕变模型参数标定规律研究

5.5.1 基于非连续理论的Burger’s流变接触模型

5.5.2 数值试验若干要点

5.5.3 模型数值验证分析

5.5.4 模型参数与流变特性关系

5.6 本章小结

第6章 复杂岩土细观特征识别与随机重构技术

6.1 多元混合体介质的数字图像细观特征提取方法

6.1.1 基于数字图像人工绘制方法

6.1.2 数字图像分析与识别方法

6.1.3 基于数字图像颗粒流细观模型构造

6.2 二维颗粒细观轮廓随机构造方法

6.2.1 基于数值图像分析的二维多边形颗粒描述方法

6.2.2 多元混合介质轮廓的随机构成方法

6.3 细观颗粒二维傅立叶分析与重构方法

6.3.1 细观颗粒傅立叶分析原理

6.3.2 颗粒细观特征的傅立叶分析与重构方法

6.3.3 傅立叶细观特征统计特性

6.3.4 细观特征的随机重构

6.3.5 二维傅立叶谱分析与重构结论

6.4 三维颗粒细观轮廓识别与随机构造方法

6.4.1 颗粒激光扫描三维细观轮廓获取方法

6.4.2 基于椭球表面基构造多面体描述三维颗粒

6.4.3 基于傅立叶分析的三维颗粒随机重构方法与分析

6.4.4 基于球谐函数的三维细观特征刻画与力学特性分析方法

6.5 细观特征在PFC5.0中的实现与应用

6.5.1 用于颗粒分组生成簇

6.5.2 用于clump模板控制随机颗粒生成

6.5.3 用于复杂wall的生成

6.6 本章总结

第7章 岩体爆破破坏效应颗粒流数值模拟

7.1 离散元数值模型的建立

7.1.1 炸点颗粒膨胀加载法

7.1.2 应力波传播的动边界条件

7.1.3 宏观一细观岩体力学参数对应模型

7.2 岩体爆炸破岩过程机理分析

7.3 爆破破岩效应验证探讨

7.3.1 药包埋深对爆破效果的影响

7.3.2 炮孔压力对爆破效果的影响

7.3.3 炸点膨胀比对爆破效果的影响

7.4 微差爆破效应验证

7.5 问题讨论

7.5.1 柱状波的施加方法讨论

7.5.2 动力边界条件施加讨论

7.6 结论

第8章 FLAC3D6.O-PFCD5.O耦合滑坡数值模拟研究

8.1 连续一非连续耦合原理

8.2 FLAC3D6.0～PFC5.O耦合建模计算实例

8.2.1 计算条件

8.2.2 命令流编制

8.3 计算结果分析

8.4 经验总结

第9章 离散元一流体耦合计算与应用

9.1 流体与颗粒的相互作用方式

9.2 PFC5.0中的流固耦合功能

9.2.1 采用FISH语言添加额外作用力方法

9.2.2 利用PFC内置CFD模块与外部流体求解器耦合模拟复杂流场

9.3 二维水力劈裂FISH语言模拟实例

9.4 流固耦合算例

9.4.1 利用PFC自带CFD模块实现单向耦合

9.4.2 利用达西定律模拟多孔介质流动

9.4.3 与其他流体软件耦合

9.5 PFC与流体耦合分析应用探讨

参考文献

后记

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