ITASCA PFC Suite(颗粒流分析软件)

Itasca PFC Suite这款软件，说白了就是搞颗粒流分析的神器，它分2D和3D两个版本，不管你是啥需求都能满足。这软件的核心玩法就是用一堆刚性颗粒来模拟材料，这些颗粒大小可变，通过相互接触和作用力来真实还原颗粒和固体材料的行为。它能模拟无数颗粒的独立运动和相互作用，不管是平移还是旋转，都靠接触点的内力和力矩来驱动。我个人觉得最牛的是它那强大的计算引擎和脚本语言，能直接把工程效率拉满，不用再苦哈哈地手动算个没完。 这软件的通用性特别强，你可以随便定制模型，用在各种数值研究里，只要涉及到系统的离散性质，它都能搞定。现在这软件已经火遍全球了，从学术机构到私营公司都在用，研究范围广得离谱。以前大家主要拿它做实验室规模的土壤岩石基础研究，现在连边坡稳定性、落石灾害缓解、水力压裂这些大工程问题都不在话下。甚至岩石工具相互作用、整体流动、混合输送、高炉建模这些听起来就很硬核的领域，它也能轻松驾驭。新版本还升级了建模功能、软件互操作性和图形界面，用起来更顺手了，有兴趣的朋友真可以下载试试。 功能介绍这块，它支持2D/3D凸面刚性块，还有保税区块模型（BBM），跟FLAC3D的接口耦合逻辑也做得很好，能处理结构支撑元件比如梁、电缆和外壳。通用粘合剂接触模型和软接触模型让模拟更精细，结果文件管理也方便。针对PFC6的材料建模支持包是修订过的，还提供了从PFC5.0到6.0的文件导出和数据转换器，升级无压力。渲染引擎升级了，支持Visual Studio 2017和英特尔2017，Python也更新到3.6，技术栈很新。 应用领域方面，PFC特别适合研究固体介质的力学特性，虽然最初是为岩体工程的破裂问题开发的，但现在非岩石领域的应用反而更广。岩土工程里，从介质本构、破裂扩展到矿山崩落、高边坡稳定、地下工程损伤、核废料处置的多场耦合，它都能搞定。构造地质方面，板块运动、褶曲断裂、地震地质这些宏大课题也能模拟。机械工程里能研究材料疲劳损伤，过程工程就更接地气了，农业里土豆按大小分选、冶炼行业高炉自动配料，这些散体物质的传送、筛选、分装问题，它都能给出解决方案。 主要特性这块，它能模拟由任意大小圆盘或球状颗粒组成的集合体，材料属性可以定义到单个颗粒，甚至颗粒大小都能连续分级。超单元技术能通过叠加颗粒形成颗粒组，表征任意形状。墙单元可以定义成线段或平面凸多边形，不同接触属性随便设，程序还内置了点、线、圆球、圆柱、螺旋体这些生成算法。墙单元通常当加载边界，力或速度条件都能设，在模拟过程中还能随时创建或删除颗粒或墙单元，灵活性超高。 接触模型方面，默认的有线弹性、简化Hertz-Mindlin、库伦滑移这些，高级的还有粘弹性、延性、位移-软化、Burger’s蠕变等模型，甚至提供开发接口让你自定义接触本构。阻尼技术有局部非粘性和粘性两种，能根据分析类型加快求解速度。自动时间步搜索确保数值稳定，显式/中心差分求解方法不用额外内存分配和迭代，效率很高。分析模式有准静态和完全动态，准静态能让模型快速稳定。双精度和64位系统版本避免了数值漂移，还提高了求解效率。 拓扑映射技术把接触搜索时间降到最低，跟颗粒数成线性比例，不会越算越慢。整个求解过程能监测任意变量的力学响应，比如位移、速度、应力这些。测量圈技术能算空间区域内的平均应力、应变率和孔隙率。能量分析也很准，体积功、胶结能、摩擦功这些都能求出来。FISH语言作为内置编译工具，能配置模型、控制流程、自定义函数、后处理，给高级用户很大的干预空间，工作效率蹭蹭涨。FishTank函数库预定义了大量功能，比如创建复杂模型、优化颗粒解译度、虚拟实验室技术，省心省力。周期边界技术模拟远场边界更快捷，AC/DC技术处理大型模型时，用少量“pbrick”单元离散表征整个区域，省内存

Itasca PFC Suite是一款非常专业的颗粒流分析软件，包含了PFC2D和PFC3D两个模块，可以满足不同工程师的需求。PFC模型合成材料由可变尺寸刚性颗粒的组件组成，这些刚性颗粒在触点处相互作用以表示颗粒和固体材料。 PFC模型模拟许多刚性粒子的独立运动（平移和旋转）和相互作用，这些粒子可能基于内力和力矩在触点处相互作用。并拥有强大的计算引擎和脚本语言，可以大大地提升工程效率。它们彼此独立地移动并且可以平移和旋转。颗粒通过内力和力矩在成对接触处相互作用。由于其通用设计，PFC可以轻松定制并应用于非常广泛的数值研究，其中系统的离散性质是感兴趣的。PFC已成功应用于世界各地的许多学术机构和私营公司，从实验室规模的土壤和岩石行为的基础，研究到边坡稳定性和落石危害缓解，水力压裂等问题。 岩石工具相互作用，整体流动，混合，输送和压实骨料和粉末，高炉建模等。新版本为建模功能，软件互操作性和更新的图形提供了重要的增强功能。有兴趣的朋友快来下载体验吧！

功能介绍

- 2D / 3D凸面刚性块

- 保税区块模型(BBM)

- PFC3D / FLAC3D接口耦合逻辑，包括结构支撑元件(梁，电缆和外壳)

- PFC3D / FLAC3D重叠域耦合逻辑

- 通用粘合剂接触模型

- 软接触模型

- 结果文件

- 针对PFC 6的修订材料建模支持包

- PFC 5.0到PFC 6.0保存文件导出

- PFC 5.0到PFC 6.0数据文件转换器

- 渲染引擎升级

- Visual Studio 2017和英特尔2017支持

- 更新到Python 3.6

应用领域

PFC 更适合于从本质上研究固体（固结合松散）介质的力学特性，虽然 PFC 最初的开发意图是满足岩体工程中破裂和破裂发展问题研究的需要，但到目前为止，非岩石力学领域的应用更广泛一些，概括地，PFC 的研究领域包括：

1、岩土工程：最初的研究集中在介质力学特性（如本构）、破裂和破裂扩展问题上，在 PFC 引入和岩体工程中的结构面网络模拟功能以后，已经应用到复杂工程问题研究中，特别是矿山崩落开采、大型高边坡稳定、深埋地下工程的破裂损伤、高放核废料隔离处置的岩体损伤和多场耦合等问题；

2、构造地质：板块运动、褶曲过程、断裂过程、地震地质等；

3、机械工程：材料疲劳损伤等；

4、过程工程：农业、冶炼、制造、医药行业的散体物质（皮带）传送、筛选、和分装，如农业中土豆按大小的机械化分选和分装、冶炼行业中按级配向高炉运送过程中的自动配料研究等。

主要特性

1、模拟由任意大小圆盘或球状颗粒(particle)组成集合体的动态运动或相互作用

2、材料属性定义具体到单个颗粒，材料属性甚至颗粒大小允许呈连续性分级

3、“超单元”技术支持通过叠加若干‘奴化’颗粒形成颗粒组，以表征任意形状颗粒单元

4、任意方位的线段或平面凸型多变形均可定义为墙(Wall)单元，并可分别定义不同接触属性

5、程序内嵌通用墙单元生成算法，如点、线、圆球、圆柱、螺旋体、圆环和圆锥体

6、墙单元通常作为颗粒流模型对象的加载边界，边界条件可以为力或速度

7、在分析模拟的任意阶段，均可执行墙单元或颗粒的创建或删除操作

8、默认接触模型包括：线弹性、简化Hertz-Mindlin模型、库伦滑移模型、接触/平行约束模型

9、高级接触模型包括：简化粘弹性模型、简化延性模型、位移-软化模型、粘滞性阻尼模型、Burger’s蠕变模型和平滑节理模型。除此之外，程序为自定义接触本构模型提供了开发接口。

10、根据分析类型的不同并加快求解速度，程序内嵌两种阻尼技术：局部非粘性阻尼和粘性阻尼

11、自动时间步搜索方案确保解的数值稳定性

12、显式/中心差分求解方法在非线性行为求解过程中，不需要额外的内存分配和数值迭代

13、程序内置两种分析模式：准静态和完全动态分析。前者应用可使模型快速达到稳定解状态

14、自版本V4.0之后， PFC新开发了双精度和64位系统版本，前者避免解出现长周期数值“漂移”，后者则有效提高了求解效率

15、拓扑映射技术的使用极大降低接触搜索时间，接触搜索时间与模型中颗粒数严格呈线性比例关系

16、在整个求解时间域，可对任意变量的力学响应进行监测/记录，如位移/速度、应力/力等

17、PFC使用测量圈技术计算圆盘/球状空间区域内平均应力、应变率和孔隙率等参数

18、根据功能平衡关系，可准确求解系统能量及其变化，如体积功、胶结能、边界做功、摩擦功、动能、应变能等

19、内置程序编译工具FISH语言，用于程序配置、模型控制、自定义功能函数、结果后处理等，为高级用户提高了强大的用户干预手段，极大提高工作率

20、内嵌强大的功能函数库FishTank，预定义大量常规、特色功能，如试样/地质体复杂模型创建、颗粒体解译度优化、虚拟实验室技术、地应力赋存环境建立、工程材料强度的时间效应研究等

21、周期边界技术为远场边界的模拟提供了更为快捷、有效的实现手段

22、AC/DC(自适应连续/非连续技术)作为处理大型颗粒流模型的特殊技术，与周期边界形成有机结合，利用创建若干少量的“pbrick”单元以离散表征整个计算区域，极大节约了内存消耗并提高计算效率。此外，AC/DC内嵌MPI技术，可实现分布式并行计算