PFC Suite

 

 

PFC Partical Flow Code)是一款采用颗粒流离散单元法作为基本理论背景进行开发并商业化的高级通用计算分析程序,特别适用于散体或胶结材料的细观力学特性描述和受力变形分析与研究。固体介质破裂和破裂扩展、散体状颗粒的流动是PFC最基本的两大功能,鉴于这两类问题存在于很多行业,如机械构建的破损、建筑物结构破裂、大地构造断裂形成及其发展过程、药丸等颗粒搅拌过程相互接触导致的成分和特性变化、切削和爆破导致的劈裂和散体运动等,或是破裂和破裂扩展的宏观表现,或是颗粒运动的现实实例,都成为PFC的研究对象。目前在岩土、采矿、石油、机械、工业生产等领域得到极为广泛的应用,在岩土体工程领域的代表性研究课题涵盖节理岩体和土体的稳定性评价、地下水流动与耦合分析、支护结构模拟和水压致裂研究等。

       PFC基于细观力学看待所研究的介质对象,程序将现实地质体、工程结构处理为颗粒体的组合,结构面及内部缺陷等不连续特征通过节理接触模型来表征,针对颗粒体受力变形等力学行为进行描述;采用接触算法搜索颗粒体接触条件并计算接触受力状态,当接触出现屈服形成剪切滑动或张开时,颗粒体发生运动位移(平动、转动)甚至破坏现象,核心技术决定了PFC从根本上区别于建立在宏观连续或非连续介质基础上的岩土体领域传统数值方法。与连续力学方法相比,PFC方法的重要区别是能够同时模拟连续体、和非连续体的力学行为,非连续特征(如岩体内节理、工程结构内材料缺陷或构造形态)的描述可选择性采用如下诸多方式:

  • —  同时具备确定性和不确定性非连续特征如结构面的表现能力,输入参数包括方位、长度、间距和贯通率等变量的均值和标准差;
  • —  内置二次开发语言FISH可帮助用户进一步干预非连续特征的分布状态;
  • —  引入随机裂隙网处理技术(DFN)并提供第三方程序数据接口,依据勘察测试手段获得的结构面统计成果,高效实现裂隙模型的创建;
  • —  利用FISH开发语言,用户可以自定义功能函数实现满足特定需求的定制分析,PFC包含二维(PFC2D)和三维(PFC3D)两个版本。

       PFC的开发需求首先来源于公司自身从事工程科研设计工作的需要,且由岩土力学专家主持开发,过程严密、工程实用性强、和针对性突出是该软件产品的最大特色之一。概括地,其独特的技术能力和功能包括:

  • —  从细观的角度模拟物理介质,避免了传统理论分析问题时引入过多的人为假定。如PFC不采用传统材料本构模型,而是通过更为直接的方式来自动获得材料力学特性及其对应的宏观力学参数;
  • —  破裂及其导致的破坏是坚硬固体介质受力以后最根本的表现方式,其内在机理是细观裂纹的产生和发展,PFC从模拟细观裂纹的发生和发展过程的角度描述坚硬固体介质受力过程的响应。这种从根本、而非表象的角度进行力学模拟的方式使得PFC可以解决几乎任何由破裂和破裂扩展导致的问题,如从宏观的大地构造到细观的机械构件疲劳损伤;
  • —  散体介质颗粒流动的模拟能力为一些行业的复杂问题研究提供了科学手段,典型的问题包括机械设计、制药等行业涉及的破碎和搅拌、土体振动液化等。PFC对散体介质颗粒流动的模拟功能帮助催生了一门新的学科 – Processing Engineering(加工工程);
  • —  针对岩土体工程问题开发的专业功能,如从细观角度的流固耦合、动力分析等,为深层次分析研究这些问题提供全新的工具和强有力的手段;
  • —  特别地,随着离散元理论的认识深化和软件版本升级,PFC应用功能也逐步丰富扩展,如针对岩体结构面增加的三维裂隙网络模拟技术等,体现了新版软件专业能力上的国际前沿地位。

       正是PFC软件与众不同的的能力和功能,在软件面世以后即被迅速地应用于不同的行业和领域,可能是世界上唯一针对岩土体工程开发、而被广泛应用于其他行业的软件产品。值得说明的是,与市面上表面上相似的其他软件相比,PFC的根本性优势在于其严密的力学原理和过程,即PFC中颗粒的所有行为都严格满足传统力学规模,从内在原理和过程方面保证了成果的科学合理性。