PFC3D中文讲解例题

1、通过例子学习几种常见命令例二：PFC3D目录下的GuideStartfooting.dat，程序如下(注意：本程序与原程序不同，特加了plotsetrotation(24.0,352.0,340.0这句以使得模型转过一定角度，让用户看的更清楚，另外还将原程序一分为二，主要是为了更好地学习每个命令的作用)，以下是程序代码。;fname:footing.DAT(tutorialexampleforPFC3D)new;clearprogramstatetobeginnewproblemsetrandom;resetrandom-numbergeneratortitle'TutorialExa

2、mple'wallid=1face(0,0,0)(10,0,0)(10,0-5)(0,0,-5)wallid=2face(0,0,0)(0,0,-5)(0,2,-5)(0,2,0)wallid=3face(10,0,-5)(10,0,0)(10,2,0)(10,2,-5)wallid=4face(10,2,-5)(10,2,0)(0,2,0)(0,2,-5)wallid=5face(0,0,-5)(10,0,-5)(10,2,-5)(0,2,-5)wallid=6face(0,0,0)(0,2,0)(10,2,0)(10,0,0)genid=1,750rad0.15,0.20x=0,1

3、0y=0,2z=-5,0plotcreateFootingplotsettitletext'Basiccollectionofparticlesinabox'plotsetrotation(24.0,352.0,340.0)plotaddballyellowplotaddwallwhiteplotaddaxesbrownplotshowpausewallid=1kn=1e8ks=1e8wallid=2kn=1e8ks=1e8wallid=3kn=1e8ks=1e8wallid=4kn=1e8ks=1e8wallid=5kn=1e8ks=1e8wallid=6kn=1e8ks=1

4、e8propdensity2000kn1e8ks1e8iniradmul1.47sethist_rep=5histballzvel310histdiagnosticmufsetdtdscalecycle3000以下是程序中逐条命令的解释：1、我们首先定义了模型的边界，使用WALL命令，如下:wallid=1face(0,0,0)(10,0,0)(10,0-5)(0,0,-5)wallid=2face(0,0,0)(0,0,-5)(0,2,-5)(0,2,0)wallid=3face(10,0,-5)(10,0,0)(10,2,0)(10,2,-5)wallid=4face(10,2,-5)(1

5、0,2,0)(0,2,0)(0,2,-5)wallid=5face(0,0,-5)(10,0,-5)(10,2,-5)(0,2,-5)wallid=6face(0,0,0)(0,2,0)(10,2,0)(10,0,0)这些命令创造了一个由六个墙面围成的箱子，每个墙面都赋予了一个独一无二的ID号。每个墙面四边形通过给出四边形的四个顶点坐标来定义，即四个顶点连成四条线，然后再围成一个四边形墙面。注意：顶点的顺序决定了墙面是否被激活，激活的墙面可以自动识别与小球的接触，不激活的话就会被小球穿透，2、然后在箱子里填充小球，用Generate命令，也可简写，如下：genid=1,750rad0.15,0

6、.20x=0,10y=0,2z=-5,0这个命令规定了小球填充的空间范围，小球的大小以及填充的总个数。Id=1,750的含义是：ID号从1到750其实就生成了750个小球，并给每个小球指定了各自的ID号。Rad0.15,0.20的含义是：小球半径从0.15m到0.20m随机选择x=0,10y=0,2z=-5,0的含义是：小球填充的空间是0vx<10,0<y<2，-5<z<0的一个立方体空间。如果填充的空间太小或者小球的半径设置的太大，以至于这个空间容不下这么多的小球，那系统会自动减少生成的球的个数，并且系统会提示实际生成的球的个数。3、模型的显示用命令plot，程

7、序如下：plotcreateFootingplotsettitletext'Basiccollectionofparticlesinabox'plotsetrotation(24.0,352.0,340.0)plotaddballyellowplotaddwallwhiteplotaddaxesbrownplotshow从上面命令可以看出plot的用法规律，即与plot显示相关的命令的前面都用plot引出，然后后面再加相关的命令，如createFooting的意思就是创建一个名字为Footing的可视化窗口(这个在菜单栏点击“window”，下拉菜单可发现多了一项view1Fo

8、oting，用户可自己看下)；settitletext是设定标题，setrotation是设定模型的角度，以方便观察；addballyellow是设定球的颜色为黄色；addwallwhite是设定墙面(也就是边界面)为白色；addaxesbrown是设定坐标轴为棕色；show是显示模型的命令。4、定义墙面的法向刚度(normalstiffness)和切向刚度(shearstiffnesswallid=6kn=1e8ks=1e8wallid=1kn=1e8ks=1e8wallid=2kn=1e8ks=1e8wallid=3kn=1e8ks=1e8wallid=4kn=1e8ks=1e8walli

9、d=5kn=1e8ks=1e8其中kn表示法向刚度，ks表示切向刚度，单位为N/m5、定义球的密度，法向刚度和切向刚度propdensity2000kn1e8ks1e8使用命令property，可简写为prop,定义密度density为2000kg/m3，法向刚度和切向刚度均为108N/m6、改变小球半径iniradmul1.47ini应该是initial的简写，用于初始化小球半径（有待考证）rad表示半径mul是multiply的简写，是倍数的意思。1.47是倍数因子，表示现在半径是原来半径的1.47倍。7、设定监测变量和采样间隔时间sethist_rep=5histballzvel310h

10、istdiagnosticmufhist是history历史记录是简写，sethist_rep=5表示每隔5个运算步记录一次变量的值（默认的是10个运算步记录一次）；本程序设定了两个监测对象，一个是histballzvel310，表示的是中心坐标最接近x=3，y=1，z=0的球的z方向的速度被监测和记录（在这个例子中，282号球最接近这个坐标，因此作为监测球）；另一个是histdiagnosticmuf，是用来监测系统的不平衡力，主要用于静力学分析，当这个值趋于很小时，表示系统达到稳定状态。&设定求解选项setdtdscale因为这是一个静态分析，因此我们开启density-scali

11、ng选项（简写为dscale）来优化求解效率，dt应该是这个选项中的某个模式（有待考证）。9、设定求解步数cycle3000当写入这句程序后，计算就开始了，计算的步数，时间步，总时间，不平衡力平均值和最大不平衡力这些信息均显示在屏幕上，并且每隔5个计算步更新一次（这是sethist_rep=5的作用），图像动画每隔20个计算步更新一次（默认），这个更新时间可用命令setpinterval来改变。另外，阻尼已经在运动方程中被默认设定，用于吸收振动能量，更快地达到平衡状态。10、查看结果求解完毕后，用户可输入命令plothis1来查看历史记录中第一个变量的数值曲线。Figure2z-ve/ocit

12、yhlsttnyhull282同理可输入命令plothis2来查看历史记录中第二个变量的数值曲线。由曲线可知系统在cycle=1000时已趋于稳定，故可以将之前的3000步改为1000步，以减少计算时间（个人愚见，仅供参考）。先对plot补充点说明：1、plotcreate*命令可用于创建多个图像显示窗口，但每次只能看一种结果，可以通过菜单栏里的window选项卡来切换窗口，查看想看的结果2、如只想显示小球，则使用命令plotball，如只想显示墙面，则使用命令plotwall，如二者都想显示则plotballwall，如运行完毕后想显示别的结果，如接触力则plotcforce（contact

13、force的简写）。总而言之，plot后面加你想显示的东东即可，用户需灵活使用。此外，程序中的注释用英文的分号；，后面加注释的内容即可。第二天的讲解中小球都是自由状态，无外力的作用，因此有必要讨论施加外力的情况。(1)对小球施加重力作用;fname:footing.DAT(tutorialexampleforPFC3D)new;clearprogramstatetobeginnewproblemsetrandom;resetrandom-numbergeneratortitle'TutorialExample'wallid=1face(0,0,0)(10,0,0)(10,0-5

14、)(0,0,-5)wallid=2face(0,0,0)(0,0,-5)(0,2,-5)(0,2,0)wallid=3face(10,0,-5)(10,0,0)(10,2,0)(10,2,-5)wallid=4face(10,2,-5)(10,2,0)(0,2,0)(0,2,-5)wallid=5face(0,0,-5)(10,0,-5)(10,2,-5)(0,2,-5)wallid=6face(0,0,0)(0,2,0)(10,2,0)(10,0,0)genid=1,750rad0.15,0.20x=0,10y=0,2z=-5,0plotcreateContact_Forceplotsett

15、itletext'Modelatequilibrium'plotaddballyellowplotaddwallwhiteplotaddcforceblackplotaddaxesbrownplotshowwallid=1kn=1e8ks=1e8wallid=2kn=1e8ks=1e8wallid=3kn=1e8ks=1e8wallid=4kn=1e8ks=1e8wallid=5kn=1e8ks=1e8wallid=6kn=1e8ks=1e8propdensity2000kn1e8ks1e8iniradmul1.47Jsethist_rep=5histballzvel310hi

16、stdiagnosticmufsetdtdscale5cyc1000此程序与第二天的程序几乎相同，唯一的不同是多加了两句程序:第一句是设定重力加速度为9.81m/s2，方向为Z轴负方向，grav是重力gravity的简写;第二句是设定球与球之间的摩擦系数，fric是friction的简写，在该程序中设定摩擦系数为1.0。运行结果如下图所示：M0*口1F(JFfLHJUVvaSlap1&M-15;15:33FriAr13aD12CenterrBcase*QOCv-ioc»E-*aoa£-Z5QCe*OQCJDa»l；3133In*cremt»Mov

17、eNRicri1DOQCRcrt-wrlonX!OO0OYrOCK»£OOOT1Arng22.SOOFoiccUh巳is>Uoehes皀P.fla”*i|mupnAxesEL.Ir'!>wLi1*1u(2)将上顶面换做一小块下降的板，压缩箱子里的小球程序如下：;fname:footing.DAT(tutorialexampleforPFC3D)new;clearprogramstatetobeginnewproblemsetrandom;resetrandom-numbergeneratortitle'TutorialExample'wa

18、llid=1face(0,0,0)(10,0,0)(10,0-5)(0,0,-5)wallid=2face(0,0,0)(0,0,-5)(0,2,-5)(0,2,0)wallid=3face(10,0,-5)(10,0,0)(10,2,0)(10,2,-5)wallid=4face(10,2,-5)(10,2,0)(0,2,0)(0,2,-5)wallid=5face(0,0,-5)(10,0,-5)(10,2,-5)(0,2,-5)wallid=6face(0,0,0)(0,2,0)(10,2,0)(10,0,0)genid=1,750rad0.15,0.20x=0,10y=0,2z=-5,

19、0plotcreateContact_Forceplotsettitletext'Modelatequilibrium'plotaddballyellowplotaddwallblueplotshowwallid=1kn=1e8ks=1e8wallid=2kn=1e8ks=1e8wallid=3kn=1e8ks=1e8wallid=4kn=1e8ks=1e8wallid=5kn=1e8ks=1e8wallid=6kn=1e8ks=1e8propdensity2000kn1e8ks1e8iniradmul1.47sethist_rep=5histballzvel310histdi

20、agnosticmufsetdtdscaledeletewall6wallid10face(0,0,0)(0,2,0)(2,2,0)(2,0,0)wallid10ks1e8kn1e8fric1.0wallid10zvel=-0.5e-3propertyn_bond=5e5s_bond=5e5histwallzforceid10cyc6000运行结果如图所示与只施加重力的情况相比，这个程序多加了如下几句代码:deletewall6wallid10face(0,0,0)(0,2,0)(2,2,0)(2,0,0)wallid10ks1e8kn1e8fric1.0wallid10zvel=-0.5e-

21、3propertyn_bond=5e5s_bond=5e5histwallzforceid10其中，deletewall6是删除编号为6的面，即箱子的顶面。wallid10face(0,0,0)(0,2,0)(2,2,0)(2,0,0)wallid10ks1e8kn1e8fric1.0wallid10zvel=-0.5e-3是建立一个ID为10的墙面，设定面的法向刚度、切向刚度、摩擦系数和Z方向的速度，这个速度的单位是m/step,因为开启了densityscaling(程序setdtdscale的作用)，如果是完全的动力学分析的话，单位将会是m/s(这个地方可解释为：静力学只考虑系统达到平衡

22、稳态的情况，故单位与时间无关；动力学关注的是每一时刻的状态，故单位与时间有关)propertyn_bond=5e5s_bond=5e5是为所有的接触面定义法向和切向强度，以此来模拟初始的接触力(应该是类似于预紧力的作用，值得商榷)，单位为Nhistwallzforceid10用于监测下降的板的Z方向的力的变化情况，计算完毕后如想查看，只需输入plothist3即可。结果如图所示这个力的曲线图与英文帮助手册上的图明显不同，但不知道是什么原因出的错，有待思考。下面附上英文帮助手册上的图。补充一句程序说明在每个程序的开头，经常有句setrandom，这句话的意思是重置随机数，因为generate生成

23、小球的时候，半径经常是个范围，需要随机生成，如果不加这句的话，随机得到的半径大小可能一直是某一组随机数，故需重置一下，这与vb编程中的随机数重置设定是一样的。(1) plotwallid=on显示所有wall的ID(3)定义字符串变量命令：macro(手册上的例子均是将某字符串赋给某个变量，因此我取名字符串变量，如果是赋予具体数值，比如a=5之类的功能，应该有别的命令可实现，待后续)Macroxxx010'Macroyyy010'Macrozzz010''Macroballxxyyzzsize'Macrosize''注意！!！Genbal

24、l以上程序需注意两点：1、macro命令的结构形式：macro+变量名+字符串，字符串要加单引号；2、倒数第二句是重新定义了变量size，需要注意的是size重新定义的时候需加单引号,第一次定义不需要加。(4) 一般分析流程这个流程应该是先建立模型，设定接触和材料属性，施加载荷和约束，然后再运行程序使达到稳态，最后根据需要改变条件继续求解，从而得出结果。(5) 生成球体的两个命令命令generate和命令ballGenerate(简写为gen)在第二天的讲解中已经说过，它可一次生成大量的球填充到某个空间内，ball命令是一次只生成一个球，这也是与generate的区别。Ball命令的格式为：b

25、allrad*id*x*y*z*（*为各参数对应的值，需用户自己输入）（6）施加边界条件TuijFeL2Sutntnar)afhtmndaryur)JinitialatJirtiilitiftcutnrnafidiComniand.EfieciWaIIWALL冨feederarxqplnX-Coenpondil0?j.ngular習亡：口fiityofmilabauc.£：ent£：rofrotation盧'用dWityx-velocLyof%allVy-Mird.njLCfrdfafirsFan>SJiny-cottiponeiiiofjngjlarvelo

26、cirj-ofuillabdu匚emterrtfroniionXVQlOvityyvclLiciiy<jf*alEf砖jfcintircfzmi“nzfpim<omponcncAAguliFmlillAboutiNcntcrafniwimBillRXIr-velMHy禹讷S»hill畑inr»ii：saijrielociTfixsdibrban、尸wH曲fix詞»rtl艸iny-ugulMxlwiq吊ud勵fbtll1'Wlocii1fisuedfbrhi'lc&pint-iti£yIjelccrLvfixed：for

27、ballINHUU-offDnceippiiedvkdilMmmmorntRLupl-cJ心脇|smldcitylofvcloc：JLppli&IQtMlIofflahit自ppi祖dt口ballyinorflyumanianira-imkriE口billyvelocimy-caniponen.1oftvplicd-tohlldorCGi-compontncoffiirreapplifdwhallErromampingeicufmonanipplLdq“11zvfil&ct|f;-cornporiencdfveliiy.appliedgbillSETgnvttysnvLEy1、给墙面施加速度和角速度Wallid1xvel1e-3给ID号为1的墙面施加x方向速度，大小为1e-3Wallid2yspin1e-3x=2y=2z=0给ID号为2的墙面施加绕y轴转动的角速度，旋转中心坐标为（2,2,0）2、给球施加恒定不变的速度或角速度为球施加速度或角速度，可用命令initial，change,property，但这种定义只能对球的速度进行初始化，不能保证以后球一直以恒定的速度运动下去，因此需要用到fix命令。程序如下：Inixvel5e-3zspin1e-3rangeid40Fixxzspinrangeid