PFC5.0软件基本操作教程（无水印）.pdf-资料库

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PFC5.0 软件基本操作教程 PFC5.0 软件基本操作教程 0 前言对于大多数 PFC 颗粒流软件的初学者而言，其所面临的第一个难题就是国内缺乏相关配套教材和软件说明书，这也是使初入研究领域的学生望而却步的重要因素之一。其次，从经典的 PFC2D/3D 的 3.10 版本发展到最新的 PFC5.00.27， ITASCA 公司虽然对软件的运行框架和界面进行了优化，但是仍然没有放弃以命令行为主的操作方式。当然，采用命令行的形式可使程序具有较高的灵活性，有助于使用者进行高阶的二次开发，但是在未入门的同学眼中其可操作性和便利性几乎为零，有种完全无从下手或软件太过“高端”的感觉。因此，就上述两个初学者的难题，已经有许多大神和学者尝试去编写资料并无私为初学者提供解答，目前网上也陆续出现了一些相关翻译和使用教材，这些资料和教程之于两年前的我，犹如黑夜灯塔的指引，激励我不断学习。这里我要推荐几本大牛编写的书籍，陈俊和黄晓明的《颗粒流软件（PFC）在道路工程中的应用》、周长红的《沥青混合料性能分析的 PFC 实践》、石崇的《颗粒流数值模拟技巧与实践》，以及周健的《土工细观模型试验与数值模拟》，四本书中的内容各有特点，其中对 3.1 版本的软件使用介绍也非常详尽，同时还附有专业领域的工程实例，相关专业的初学者可以去网上购买和学习参考。图 0-1 为《沥青混合料性能分析的 PFC 实践》的封面。图 0-1 《沥青混合料性能分析的 PFC 实践》为了让初学者更快的掌握 5.0 版本的基本命令行操作，本文档主要介绍了 1 / 13

by John.Lee 邮箱：lijue1207@126.com PFC5.0 软件的基本操作以及 Help 文件相关内容。通过将 PFC 基本界面布局进行分部注释，并对帮助文件目录以及 PFC 命令（FISH 函数）的检索操作过程进行概述，作者试图采用一种简明的方式，让读者在学习本文档的过程中，对 PFC5.0 的大体框架和相关概念有个初步的认识。 1 程序语言和 PFC 命令 PFC 系列软件的全称是 Particle Flow Code，直译就是颗粒流代码，从广义上说，就是建立在颗粒流运动法则和接触本构关系基础上的程序开发平台。因此，该软件的命令行语法逻辑与通常的 Java、VC++等程序语言存在相似的地方。而其软件自带的 FISH 语言本身就是一种伪代码程序，这说明但凡在大学阶段接触过计算机语言的学习者都应该能较快的掌握 PFC 软件。如图 1-1 所示，为 PFC 软件的命令输入窗口。图 1-1 PFC 软件的命令输入窗口作为一个初学者，若打算编写一个新的 PFC 模型，就必须先了解在软件中存在的两套不同体系的代码形式：PFC 命令和 FISH 语言。PFC 命令，顾名思义，就是可以直接在 PFC 命令窗口运行的代码，例如：new（清空）、pause（暂停）、 quit（跳出）、call（调用文件）、save（保存文件）等，它们可通过组合或单独成行的方式运行；而 FISH 语言则不能直接在窗口中运行，而是需要以自定义函数的方式进行调用，其函数的名字跟在 define 声明后面，并以 end 声明结尾，自定义函数分为有无返回值和有无输出参数等类型，其具体的案例如下。案例：FISH 自定义函数的表达形式 New ; 可直接在命令行中运行 ; 下面为几种自定义函数的表达形式 ; FISH 函数只能通过 def 和 end 来进行声明 ; 不能跟随命令行运行，只有调用后才能进行计算 def fred ; 在函数内部出现函数名称，有返回值 fred = 3.0 end 2 / 13

PFC5.0 软件基本操作教程 def george ; argument 为输入参数声明，one 和 two 为输入参数 argument one argument two george = one * two end list @george(3.0,2.0) @fred ; 列出函数的返回值 ; george 函数的输出参数 2.0 和 3.0 def fun_1 fun_1 = 1.0 ii = io.out('fun_1') end def fun_2(arg1) ; 可直接在函数名称后面直接声明输入参数 fun_2 = 2.0 ii = io.out('fun_2') ; 这里是打印字符串，不能递归调用函数 ii = io.out(string(arg1)) end def execute ; 在函数内部也可以调用其他函数 fun_1 fun_2(1.0) end @execute ; 函数无返回值需要注意的是，在 PFC5.0 版本中，简单的 FISH 关系式可在“[”和“]”符号内直接进行运算；同时，PFC 命令也可出现在 FISH 自定义函数中，采用 command 和 endcommand 命令执行逻辑结构来实现这一功能。与 C 语言这样严谨的计算机语言相比，PFC 的命令行逻辑更偏向于 Fortran 语言和 Matlab 的形式，并不需要提前进行函数库调用或对不同类型的参数进行声明，除了接触模型调用外，PFC 软件可实现每条程序行都对应一项操作，使用方法相对简单，命令和内置函数的意义和用法均可通过 Help 文件查询得到。因此，在没有可供参考的中文工具书的条件下，合理而高效的使用 Help 文件是任何 PFC 软件使用者必备的技能之一。 2 初识 PFC5.0 和界面操作概述假设你刚刚安装上 PFC5.0 软件，你一定会对它的一切感到新奇，下面让我们来一起打开软件，开始认识下我们将要使用的软件工具。如图 2-1 所示，为 PFC5.0.27 版本的软件操作界面。 3 / 13

by John.Lee 邮箱：lijue1207@126.com 项目文件工具栏菜单栏视图和代码编辑初始化选项控制台状态记录控制面板图 2-1 PFC5.0 软件操作界面（Wide 布局）第一次打开 PFC3D 或 PFC2D 后，程序会弹出设置工程文件保存的地址，一般默认路径为：盘符：用户->我的文档->Itasca->pfc3d500（or pfc2d500）。在设置好保存路径后，即出现如图 2-1 的操作界面，需要注意的是在菜单栏 Layout 选项中内置了五种 UI 布局方式，图中界面布局是 Wide 的方式，读者可以自行选择布局，这里不做过多介绍。界面区域功能大致可分为菜单栏、项目文件浏览、视图和代码编辑器、命令控制台以及相关控制面板五个大块。在 PFC5.0 中，主要的菜单操作选项有：文件（File）、编辑（Edit）、工具（Tools）、布局（Layout）、文档（Documents）、窗格（panes）、帮助（Help），以及在 5.00.20 版本后集成的 Python 语言。File 文件菜单的前五个选项与项目文件相关，其后是在项目内部操作，如：添加数据文件（Ctrl+N）、添加新的视图（Ctrl+Shift+N）、打开并加入工程（Ctrl+O）、保存所有选项（Ctrl+Shift+S），若在界面中还点选了相关窗格（视图 or 控制台），File 中将会出现相应的可选选项。Edit 编辑菜单可对数据文件进行编辑操作。Tools 工具菜单中的 Options 选项命令，可对项目常规属性（General）、全局变量（Fish）、初始化引导（Startup）、代码编辑器（Editor）、视图属性（views）、视频格式（movie）、控制台显示（Console）、表格形式（Listings）等进行设置。Layout 布局菜单用于设置界面布局。Documents 文档菜单可调出视图和代码编辑区域的显示文档。Panes 窗格菜单可调出界面功能窗格的显示。Help 帮助菜单可调用帮助文件（Help）和案例文件（Examples）。 4 / 13

PFC5.0 软件基本操作教程 `` 图 2-2 文件菜单操作项目文件窗格主要显示了该项目所包含的数据文件（代码）和模型保存文件。视图和代码编辑区域主要用于展示代码编辑器和各类视图窗口。控制台状态窗格下侧可直接输入 PFC 命令行控制运行。控制面板窗格的功能具有多样性，若点选的是代码编辑文档则右侧区域将显示运行过程中出现的全局变量（与 matlab 数组显示相类似），若点选的是视图窗口则将出现绘图选项、视图移动和显示状态，如图 2-3 所示。PFC5.0 中的视图操作选项较多，这里不做讨论。视图位置可左击移动视图的圆球或在视图中按住鼠标右键来移动，缩放通过鼠标滚轮实现。绘图选项移动视图视图状态图 2-3 视图窗口控制面板 3 学习和使用 Help 文件 5 / 13

by John.Lee 邮箱：lijue1207@126.com 通过第一章的讨论，我们了解到 Help 文件是初学者了解软件和编写命令所不可缺少的资料。在 PFC5.0 软件中大致有四种打开 Help 文件的方式：1）菜单栏操作，选择 Help->Help；2）控制台选项，点击 Help 按钮（）；3）在代码编辑窗口或控制台窗口处按 F1 快捷键。4）关键词查询，在命令窗口中键入 PFC 命令后空格并输入？，可查询命令后续关键词。当然，更加便捷的方法是找到 Help 文档的原文件并在桌面创建快捷方式，Help 文件通常在 PFC5.0 安装根目录下，即默认路径地址为 C:\Program Files\Itasca\PFC500\pfchelp.chm。如图 3-1 所示，为 Help 文件的使用中文界面，在文档内可以较快速的检索所需要的 PFC 命令和关键词。左上角任务窗格提供了四个选项分别为：目录、索引、搜索和收藏夹，可以在索引栏和搜索进行查询操作，若要系统的学习 PFC 软件的理论则可参考目录的顺序依次学习。图 3-1 Help 文件使用界面为了使得读者更好地学习 Help 文件和快速的查找内容，这里对 Help 文件的目录和主要内容进行了简单的介绍。第一章入门指南 Getting Started 对操作系统的要求、软件安装步骤、更新说明以及服务支持进行介绍。 1.1 安装和启动（Installation & Startup） 1.2 文件和支持（Documentation & Support） 1.3 更新说明（Release Notes） 1.4 PFC4.0 到 PFC5.0 的转变（Transitioning from PFC 4.0 to PFC 5.0） 6 / 13

PFC5.0 软件基本操作教程第二章 PFC 数值模拟 Numerical Simulations with PFC 介绍了软件的操作框架和所推荐的建模方法。 2.1 PFC 的概述（PFC Overview） 2.2 PFC 的操作框架（Mechanics of Using PFC）管理一个项目（Managing a Project）命令和FISH 语言（Commands and FISH Syntax） 2.3 建模方法（Modeling Methodology）一般的方法（General Approach） Step 1: 确定模型分析的目的 Define the objectives for the model analysis. Step 2: 建立物理系统的概念图 Create a conceptual picture of the physical system. Step 3: 构建并运行简单的理想化模型 Construct and run simple idealized models. Step 4: 生成特定问题的数据 Assemble problem-specific data. Step 5: 准备一系列的具体模型运行 Prepare a series of detailed model runs. Step 6: 执行模型计算 Perform the model calculations. Step 7: 得到可供分析的结果 Present results for interpretation. 几点重要的讨论（Important Considerations） 1) 2D versus 3D models Packing and Porosity, Stress and Strain, Mass Properties 2) Particle Shape 两种方法来形成不规则形状的模型： by bonding two or more spherical particles together, forming a cluster. by using clumps to approximate complex shapes as collections of pebbles rigidly attached. 3) Modeling of Data-Limited Systems 4) Modeling of Chaotic Systems 5) Localization, Physical Instability, and Path-Dependence 解决步骤（Solution Procedure）一个问题的四个基本组成： 1) the model domain; 2) an assembly of particles; 3) contact behavior and material properties; 4) boundary and initial conditions. 怎么实现建模（How to ...）第三章案例 Examples 展示了一系列的引导案例、被证明的问题，以及通过程序性能考验的案例应用。 3.1 基本操作辅导（Tutorials） Balls in a Box 7 / 13

by John.Lee 邮箱：lijue1207@126.com Clumps in a Box Attributes and Properties Using the CMAT Generating a Bonded Assembly Replicating a Particle Size Distribution Inclusions in a Matrix Hopper Discharge Using FISH Callbacks Table Tennis Shallow Foundation Slip on a Fault Creation of a Synthetic Rock Mass (SRM) Specimen 3.2 被证明的问题（Verification Problems） Measure Logic Strength of a Face-Centered Cubic Array of Spheres Tip-Loaded Cantilever Beam Linear Contact Model: Calibrating the Normal Critical Damping Ratio Hertz Contact Model: Complex Loading Paths Wave Propagation in Particle Assemblies Rolling Resistance Linear Contact Model: Single Ball on a Flat Surface Rolling Resistance Linear Contact Model: Repose Angle Burger's Contact Model: Stress Relaxation 3.3 案例应用（Example Applications） Hopper Flow Probing a Granular Specimen Ribbon Blender Fragmentation Analysis during a Uniaxial Compression with Crack Tracking Using Fractures DFN Generation, Analysis, and Simplification Rock Testing 第四章 PFC 模型的组成 PFC Model Components 对 PFC 模型进行表述并介绍了特定于 PFC 程序的各类组件：Ball，Clump， Contacts，Walls 等。 4.1 PFC 模型表述（PFC Model Formulation） PFC 是基于离散单元方法开发的程序，其允许离散颗粒发生有限的位移和转动（包括完全分离），能够在计算过程中自动识别新的接触，并通过牛顿运动定律的显示积分方法对离散系统的时程演变进行求解。详细解释了贯穿整个文档的相关约定（Conventions），并对模型组成（Model Components）、循环（Cycling）、能量及耗散机制也进行了介绍。 8 / 13

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