初试FDEM软件PCDC的计算流程

文章摘要

文章介绍了一款新兴的国产软件PCDC（Parallel Continuum-Discontinuum Coderacture），该软件采用混合有限元-离散元法（FDEM）核心算法，用于岩石工程研究。文章从用户角度出发，概述了PCDC的工作流程，旨在增强读者对软件的了解。PCDC软件操作与Itasca软件类似，通过命令行运行，支持2D和3D版本。文章通过一个地下圆形隧道开挖的例子，详细说明了如何使用PCDC进行模拟，包括设置总体控制命令、创建几何模型、岩石分组、定义材料模型、边界条件、原岩应力和自重应力，以及如何进行静态或动态计算和达到平衡状态。最后，文章展示了隧道开挖后的水平位移结果。作者强调，本文的目的是探索模拟流程而非验证计算结果的准确性。

1. 引言

混合有限元-离散元法(FDEM)方法在岩石工程研究中得到了快速发展【岩石断裂的cohesive-zone模拟】，代表性的商业软件是ELFEN和Irazu，近日，一个采用FDEM核心算法的国产软件PCDC (Parallel Continuum-Discontinuum Coderacture)问世，作为今日头条文章《PCDC混合有限元离散元并行计算程序》的补充，本文从用户的角度客观地概述了PCDC的工作流程，以增强读者对PCDC的了解。由于这是我第一次试用这个软件，因此本文的目的不是验证计算结果是否正确，而是探索模拟流程，即如何使用这个软件，有些描述可能会出现偏差。

PCDC是一个以命令行运行的软件，与Itasca软件的操作方式非常相似，因此假如用户熟悉Itasca软件，那么很容易理解PCDC的命令。PCDC命令的关键词均为小写英文字母和 "-" 组成。PCDC有2D版本和3D版本，下面以一个地下圆形隧道的开挖显示PCDC2D的工作流程和命令。

2. 总体控制命令

pcdc model new

pcdc model save 'dir\mymodel'pcdc model restore 'dir\mymodel'

pcdc model plane-strain  #or plane-stress

3. 创建几何模型

pcdc element create brick p0 (-50,-50) p1 (50,-50) p2 (-50,50) n 100 100 triangle false

4. 岩石分组

pcdc element group 'rock' set 'domain'pcdc element group 'excavation' set 'domain' range inside-circle center (0,0) radius 10

5. 材料模型

pcdc element constitutive-model

可以使用的力学模型有：

(1) mechanical-iso-elastic

(2) mechanical-mohr-coulomb

(3) mechanical-burgers

(4) mechanical-anistropic-elastic

(5) mechanical-ubiquitous-joint

(6) mechanical-strain-softening

(7) mech-user-defined-icz2d

pcdc element constitutive-model mechanical-strain-softening

6. 定义边界条件

pcdc node boundary apply mech-vel-b-c velocity-x 0 range x -51 -49.9pcdc node boundary apply mech-vel-b-c velocity-x 0 range x 49.9 51pcdc node boundary apply mech-vel-b-c velocity-y 0 range y -51 -49.9pcdc node boundary apply mech-vel-b-c velocity-y 0 range y 49.9 51

7. 定义原岩应力和自重应力

pcdc element initialize stress-general stress-xx -30e6pcdc element initialize stress-general stress-yy -15e6pcdc model gravity (0,-10)

8. 静态或动态计算

pcdc model option dynamic off

9. 计算平衡状态

pcdc model solve cycle 1000

10. 重置状态

pcdc node reset velocitypcdc node reset displacementpcdc element reset state

11. 计算平衡状态

pcdc element c-model null range group 'excavation' set 'domain'pcdc model solve cycle 50000

12. 计算结果