PFC5.0颗粒流离散元【岩土-单轴-双轴-三轴】算例代码,包含2D和3D的案例,所有案例打包 本案例提供参考,可以自行修改参数或者按照要求二次加工,部分代码有注释,可以参考学习。
PFC这玩意儿搞岩土模拟的应该都熟,颗粒流离散元玩的就是微观力学在宏观现象上的暴力破解。今天直接上干货,聊聊PFC5.0里几个经典土力学案例怎么实操。先甩个单轴压缩的代码片段镇楼:
def uniaxial_compaction(): kn = 1e8 # 法向刚度,手抖多打两个零可能崩盘 ks = 0.75 * kn # 切向刚度经典比例 friction = 0.5 # 摩擦系数,调这个能让颗粒群变滑头 # 边界条件设置 wall_top = create_wall(position=10, is_load=True) particles = generate_particles(size_distribution='uniform') # 加载速率别太虎,小心颗粒飞升 while step < 1000: apply_velocity(wall_top, -0.01) calculate_contact_forces() update_positions() # 应力应变曲线输出(此处应有祖传绘图代码) plot_stress_strain()这段代码里藏着三个玄机:刚度参数配比影响的是颗粒碰撞时的"软硬"程度,摩擦系数直接决定颗粒是滑不溜秋还是死缠烂打。加载速率那个while循环里的0.01是个经验值,手贱改成0.1可能当场给你表演粒子喷射。
双轴压缩更带劲,得搞个左右围压。看这个边界条件设置:
confining_stress = -1e6 # 围压值,负号表示压力 wall_left = create_wall(type='servo', stress=confining_stress) wall_right = create_wall(type='servo', stress=confining_stress)伺服控制边界是个好东西,它能自动调整墙体位置维持设定应力。不过新手容易栽在单位制上——有人把Pa当kPa用,结果围压直接干到地心压力,颗粒被压得亲妈都不认识。
三轴试验代码里有个骚操作:动态替换加载方式。初始用应变控制,峰值后切换应力控制:
if axial_strain > 0.05: # 应变达到5%切换模式 switch_control_mode('stress') set_target_stress(-5e6)这种玩法能模拟真实的试验机切换逻辑。但注意切换时机得卡准,太早切换试样还没充分变形,太晚切换可能已经破坏成渣。
2D和3D案例最大的差别在接触检测。3D版必须处理空间接触判断,这里有个球体碰撞检测的优化技巧:
# 空间网格空间分割加速检测 grid_size = 2 * max_radius for particle in particles: grid_pos = calculate_grid_position(particle, grid_size) check_collisions_in_adjacent_grids(grid_pos)这种空间分割法比暴力遍历快十倍不止。不过网格尺寸得设成最大粒径的两倍,否则可能漏检碰撞。
打包文件里的wall_utils.py藏着个宝藏函数——自动生成不规则边界:
def generate_rough_wall(amplitude=0.1): base_line = np.linspace(0, 10, 100) roughness = amplitude * np.random.randn(100) return base_line + roughness加个随机扰动振幅参数,马上得到粗糙边界。调amplitude参数时建议从0.05倍平均粒径开始,太大容易生成奇葩地形。
最后说个防坑指南:并行计算时切记关闭GUI实时显示,否则速度能慢成PPT。用这个配置保命:
set_simulation_config(use_multithreading=True, graphics_interval=1000)代码里的注释多是前辈的血泪经验,比如某处写着#此处勿改!2019.7.5张工在此翻车。这些隐藏信息比代码本身更有价值,建议边跑案例边对照着看。