基於顆粒流方法的數值試樣模擬方法
2023-07-22 16:07:51 1
基於顆粒流方法的數值試樣模擬方法
【專利摘要】本發明公開了一種基於顆粒流方法的數值試樣模擬方法，包括以下步驟：a、對所模擬對象進行定義，確定試樣的幾何尺寸，原始試驗的加載方式，獲得原始試驗的宏觀參數b、建立力學模型的特徵，確定模型試樣參數；c、構造並運行簡化模型；d、生成PFC試樣，依次生成牆體，生成小半徑顆粒，增大顆粒半徑，試樣自動平衡，施加圍壓；e、運行計算模型，通過檢驗模型確定模型運行正確無誤時，連接所有數據文件進行計算；移動牆體，調用伺服程序，計算和記錄數據。通過該方法，可以較好的模擬土體細觀作用機理，得出更加科學有效的數據，簡化分析步驟，節約時間。
【專利說明】基於顆粒流方法的數值試樣模擬方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及土工分析【技術領域】，特別地，涉及一種基於顆粒流方法的數值試樣模擬方法。
【背景技術】
[0002]土工合成材料與土體界面作用機理直接決定了加筋土工程的質量，研宄動載作用下筋土界面作用特性能夠更加深入的揭示眾多實際加筋工程的加筋機理。但目前的研宄基本上是通過室內試驗宏觀的探討了動載作用下筋土界面的力學性質，而基於連續介質力學的有限元方法數值模擬筋土界面特性的情況，也只能分析其宏觀特性。顆粒離散元法數值模擬手段可以在得到筋土界面相互作用的宏觀力學響的同時，獲得土體細觀組構參量的變化規律。
[0003]顆粒流方法(PFC2D，ParticleFlow Code in 2 Dimens1ns)即二維顆粒流程序。PFC系列軟體是Itasca公司發布的幾款款高端產品，特別適合十複雜機理性問題研宄。它是利用顯式差分算法和離散兀理論開發的微/細觀力學程序，它是從介質的基本粒子結構的角度考慮介質的基本力學特性，並認為給定介質在不同應力條件下的基本特性主要取決十粒子之間接觸狀態的變化，適用研宄粒狀集合體的破裂和破裂發展問題、以及顆粒的流動等大位移直問題。顆粒流方法是通過離散單元方法來模擬圓形顆粒介質的運動及其相互作用。最初，這種方法是研宄顆粒介質特性的一種工具，它採用數值方法將物體分為有代表性的數百個顆粒單元，期望利用這種局部的模擬結果來研宄邊值問題連續計算的本構模型。以下兩種因素促使PFC2D方法產生變革與發展:(1)通過現場實驗來得到顆粒介質本構模型相當困難；(2)隨著微機功能的逐步增強，用顆粒模型模擬整個問題成為可能，一些本構特性可以在模型中自動形成。因此，PFC2D便成為用來模擬固體力學和顆粒流問題的一種有效手段。利用顆粒流方法進行數值試樣模擬，此種方式還鮮有人員進行嘗試。
[0004]
【發明內容】
[0005]本發明目的在於提供一種基於顆粒流方法的數值試樣模擬方法。
[0006]為實現上述目的，本發明提供一種基於顆粒流方法的數值試樣模擬方法，包括以下步驟:
a、對所模擬對象進行定義，確定試樣的幾何尺寸，原始試驗的加載方式，獲得原始試驗的宏觀參數，包括E、C、峰值強度，殘餘強度及最終應變量；
b、建立力學模型的特徵，確定模型試樣參數，包括:顆粒大小、數目、粒徑比；試樣空隙比；試樣彈性模量；顆粒間接觸類型、接觸剛度與法向、切向接觸剛度比；顆粒間連接強度；顆粒間摩擦係數；加載步M ；
C、構造並運行簡化模型；
d、生成PFC試樣，依次生成牆體，生成小半徑顆粒，增大顆粒半徑，試樣自動平衡，施加圍壓;
e、運行計算模型，通過檢驗模型確定模型運行正確無誤時，連接所有數據文件進行計算；移動牆體，調用伺服程序，計算和記錄數據。
[0007]本發明具有以下有益效果:
通過該方法，可以較好的模擬土體細觀作用機理，得出更加科學有效的數據，簡化分析步驟，節約時間。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0008]下面將參照圖，對本發明作進一步詳細的說明。構成本申請的一部分的附圖用來提供對本發明的進一步理解，本發明的示意性實施例及其說明用於解釋本發明，並不構成對本發明的不當限定。在附圖中:
圖1是本發明基於顆粒流方法的數值試樣模擬方法優選實施例的步驟流程圖。
【具體實施方式】
[0009]以下結合附圖對本發明的實施例進行詳細說明。
[0010]請參閱圖1，本發明的優選實施例提供了一種基於顆粒流方法的數值試樣模擬方法，包括以下步驟:
(I)對所模擬對象進行定義
定義模型的詳細程度是由模擬意圖決定的，定義模型最基本的目的是能夠體現所要解釋的機制，對所模擬問題影響較大的特性要重點考慮，而影響不大的特性則可以忽略。確定試樣的幾何尺寸；明確原始試驗的加載方式；獲得原始試驗的宏觀參數，包括E、C、f1、峰值強度，殘餘強度。
[0011](2)建立力學模型的基本概念
建立模型的特徵，確定模型試樣參數，包括:(1)顆粒大小、數目、粒徑比；(2)試樣空隙比；(3)試樣彈性模量；(4)顆粒間接觸類型、接觸剛度與法向、切向接觸剛度比；(5)顆粒間連接強度；(6)顆粒間摩擦係數；(7)加載步M0
[0012](3)構造並運行簡化模型
為提高解題效率，可在建立實際工程模型之前，先構造並運行一系列簡化的測試模型。通過這種前期簡化模型的運行，可對力學系統的概念有更深入的了解，明確所選的接觸類型是否有代表性以及邊界條件對模型結果的影響程度等，若不理想還需對第二步進行修改。
[0013](4)生成PFC試樣
依次生成牆體，生成小半徑顆粒，增大顆粒半徑，試樣自動平衡，施加圍壓。
[0014](5)運行計算模型
通過檢驗模型確定模型運行正確無誤時，連接所有數據文件進行計算。移動牆體，調用伺服程序，計算和記錄各種數據。
[0015]最後，解釋結果，將計算結果與實測結果進行比較分析，模擬結果以表格或圖形的方式直接顯示在計算機屏幕。通過上述步驟，可以較好的模擬土體細觀作用機理，得出更加科學有效的數據，簡化分析步驟，節約時間。
[0016]以上所述僅為本發明的優選實施例而已，並不用於限制本發明；對於本領域的技術人員來說，本發明可以有各種更改和變化。凡在本發明的精神和原則之內，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發明的保護範圍之內。
【權利要求】
1.一種基於顆粒流方法的數值試樣模擬方法，其特徵在於，包括以下步驟: a、對所模擬對象進行定義，確定試樣的幾何尺寸，原始試驗的加載方式，獲得原始試驗的宏觀參數，包括E、C、峰值強度，殘餘強度及最終應變量； b、建立力學模型的特徵，確定模型試樣參數，包括:顆粒大小、數目、粒徑比；試樣空隙比；試樣彈性模量；顆粒間接觸類型、接觸剛度與法向、切向接觸剛度比；顆粒間連接強度；顆粒間摩擦係數；加載步M ； C、構造並運行簡化模型； d、生成PFC試樣，依次生成牆體，生成小半徑顆粒，增大顆粒半徑，試樣自動平衡，施加圍壓; e、運行計算模型，通過檢驗模型確定模型運行正確無誤時，連接所有數據文件進行計算；移動牆體，調用伺服程序，計算和記錄數據。
【文檔編號】G06F19/00GK104504258SQ201410775239
【公開日】2015年4月8日 申請日期:2014年12月15日 優先權日:2014年12月15日
【發明者】王家全, 王宇帆 申請人:廣西科技大學