一套可行的PFC力控制实现循环加载方法

一、基本原理

PFC中的计算元素包括ball、clump、wall，其中ball和clump是参与力学计算的，也就是说可以由接触力来计算其速度位移。但wall是不可以进行力学计算的，只能使用位移进行控制，我们当然可以通过伺服原理来实现位移和力的相互转化，但是使用wall直接进行力加载始终有些不顺畅，原因在于力的传递需要时间，而伺服原理根本而言给的是试样内部的力，而不是边界的力，这个和现实的加载又有些出入。并且利用伺服实现力的加载，对伺服系数敏感度较高，有可能会出现力的波动情况。

clump是PFC内置的可以模拟不规则形状的单元，其力学原理和ball一样，只是形状不是圆形而已。这里便采用矩形的clump来模拟加载板，这样和实际也可以对的上。当然模拟也可以高出现实，在于我们可以设置加载板间是可以没有力的，这样便可以实现加载板的互相穿透，摆脱了现实真三轴试验的仪器限制。最终的加载板如图所示，加载板中的pebble数量一共800个，相对于模拟的上万颗粒数而言不算很多了，所以对计算效率的影响不会很大。

图1 clump加载板

二、clump实现预压和围压

Clump直接可以施加外力，所以根据尺寸和应力计算出力就可以直接施加在加载板上面了。但是有时候如果应力变化比较大的话，对于散体材料肯定会出现很大的扰动，所以可以运用分级加载来实现应力缓慢的变化。这里采用二次函数实现，如果是指数函数的话可能还有点偏大。

图2 分级加载曲线

这里可以根据当前应力wsxx00和目标应力mubiaoxx来计算系数a:

a= (wsxx00-mubiaoxx)/ 10^2

则当前加载阶段的应力计算为：

txx=mubiaoxx ((math.abs(n-10))^10)*a

成样后模型的状态为：

图3 模型图

则在预压阶段应力的变化为：

图4 预压应力变化图

围压阶段应力的变化为：

图5 围压应力变化图

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一套可行的PFC力控制实现循环加载方法（附同步视频教程+离散元学习资料）

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