离散单元法PFC中动力人工边界的设置方法

本文摘要（由AI生成）：

本文探讨了颗粒离散单元法（DEM）在模拟岩土体地震动力响应及灾变机制中的动力人工边界设置方法。为正确模拟斜坡等岩土体的大变形和破坏过程，设置合理的DEM动力人工边界至关重要。通过对比高阻尼法和黏性人工边界两种方法，研究发现两种方法均可有效减少边界反射波，其中黏性人工边界基于理论实现，能更准确地模拟无限介质。算例通过一维波测试验证了两种方法的有效性，并提供了黏性边界条件的设置条件及模拟过程，为DEM在地震工程中的应用提供了参考。

数值计算是研究岩土体地震动力响应规律及灾变机制的有效方法，计算工作的关键之一就是设置合理动力人工边界条件。动力人工边界理论上应当实现对原介质应力应变场的精确模拟，保证波在人工边界处的传播特性与原介质一致，使外行散射波通过人工边界时无反射效应，发生完全的透射或被人工边界完全吸收。

颗粒离散单元法（DEM）由于对每个颗粒单元应用牛顿第二定律，在接触位置应用力-位移定律并不断更新，颗粒单元运动不受变形量的限制，在研究岩土体失稳大变形问题时优越性显著。

为了能够采用颗粒离散单元法（DEM）正确有效地模拟斜坡等岩土体震裂破坏及运动大变形的全过程，建立合理的DEM动力人工边界显得尤为关键。

本案例计算了在离散元PFC中进行人工边界的两种方法：（1）高阻尼法，（2）黏性人工边界。同时还对固定人工边界的情况进行了对比

其中高阻尼法的原理是为边界处的颗粒设置局部阻尼系数为1.0，以避免边界处的波动反射。

黏性人工边界的方法则是基于人工边界的理论实现的，（参考了这篇论文，表以敬意。周兴涛,盛谦,崔臻,冷先伦,付晓东,马亚丽娜.颗粒离散单元法动力人工边界设置方法[J].岩土力学,2018,39(07):2671-2680+2690.）

颗粒离散单元数值模型的黏性边界条件设置条件如下：

本算例实现了在颗粒流PFC对黏性人工边界的模拟。本算例进行了一维波的测试，并模拟对比了两种人工边界的模拟方法。

首先建立模型，在边界墙体的伺服功能下平衡模型：

删除边界墙体，对右侧边界附近的颗粒运动进行约束模拟边界，对于高阻尼的方法模拟是为右侧边界处的颗粒设置局部阻尼系数为1.0。黏性人工边界的方法则是对边界颗粒施加荷载，吸收掉入射的波动能量，以模拟无限介质。为左侧边界附近的颗粒施加脉冲波。

固定边界模型中部处球颗粒的水平速度时程曲线如下：

高阻尼边界模型中部处球颗粒的水平速度时程曲线如下：

黏性边界模型中部处球颗粒的水平速度��程曲线如下：

付费内容为算例的完整代码。