與連續(xù)介質(zhì)力學(xué)方法不同的是,,PFC試圖從微觀結(jié)構(gòu)角度研究介質(zhì)的力學(xué)特性和行為。簡單地說,,介質(zhì)的基本構(gòu)成為顆粒(Particle),,可以增加、也可以不增加“水泥”粘結(jié),,介質(zhì)的宏觀力學(xué)特性如本構(gòu)決定于顆粒和粘結(jié)的幾何與力學(xué)特性,。形象地,這與國內(nèi)80年代巖石力學(xué)界比較流行的實驗室“地質(zhì)力學(xué)”模型試驗很相似,,該試驗中往往是用砂(顆粒)和石膏(粘結(jié)劑)混合,、按照相似理論來模擬巖體的力學(xué)特性。
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PFC中的顆粒為剛性體,,但在力學(xué)關(guān)系上允許重疊,,以模擬顆粒之間的接觸力。顆粒之間的力學(xué)關(guān)系非常簡單,,即牛頓第二定律,。顆粒之間的接觸破壞可以為剪切和張開兩種形式,當(dāng)介質(zhì)中顆粒間的接觸關(guān)系(如斷開)發(fā)生變化時,,介質(zhì)的宏觀力學(xué)特性受到影響,,隨著發(fā)生破壞的接觸數(shù)量增多,介質(zhì)宏觀力學(xué)特性可以經(jīng)歷從峰前線性到峰后非線性的轉(zhuǎn)化,,即介質(zhì)內(nèi)顆粒接觸狀態(tài)的變化決定了介質(zhì)的本構(gòu)關(guān)系,。因此,在PFC計算中不需要給材料定義宏觀本構(gòu)關(guān)系和對應(yīng)的參數(shù),,這些傳統(tǒng)的力學(xué)特性和參數(shù)通過程序自動獲得,,而定義它們的是顆粒和水泥的幾何和力學(xué)參數(shù),如顆粒級配,、剛度,、摩擦力、粘結(jié)介質(zhì)強度等微力學(xué)參數(shù),。
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PFC程序應(yīng)用領(lǐng)域
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PFC更適合于從本質(zhì)上研究固體(固結(jié)和松散)介質(zhì)的力學(xué)特性,,雖然PFC的開發(fā)意圖是滿足巖體工程中破裂和破裂發(fā)展問題研究的需要,但到目前為止,,非巖石力學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用更廣泛一些,,概括地,,PFC的研究領(lǐng)域包括:
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巖土工程:研究集中在介質(zhì)力學(xué)特性(如本構(gòu))、破裂和破裂擴展問題上,,在PFC引入和巖體工程中的結(jié)構(gòu)面網(wǎng)絡(luò)模擬功能以后,,已經(jīng)應(yīng)用到復(fù)雜工程問題研究中,特別是礦山崩落開采,、大型高邊坡穩(wěn)定,、深埋地下工程的破裂損傷、高放核廢料隔離處置的巖體損傷和多場耦合等問題,;
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構(gòu)造地質(zhì):板塊運動,、褶曲過程、斷裂過程,、地震地質(zhì)等,;
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機械工程:材料疲勞損傷等;
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過程工程:農(nóng)業(yè),、冶煉,、制造、醫(yī)藥行業(yè)的散體物質(zhì)(皮帶)傳送,、篩選,、和分裝,如農(nóng)業(yè)中土豆按大小的機械化分選和分裝,、冶煉行業(yè)中按級配向高爐運送過程中的自動配料研究等,。
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PFC是一款高端產(chǎn)品,特別適合復(fù)雜機理性問題研究,,但應(yīng)用難度往往也較大,,對用戶要求相對較高。為促進用戶取得突破性高水平成果,,ITASCA中國公司向國內(nèi)用戶提供各種層次的培訓(xùn),,包括針對具體工程問題在ITASCA公司的長期培訓(xùn)。<