离散元PFC循环加载：一起探索土体材料的循环特性
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导读：离散元在分析散体材料的循环加载特性有着天然的优势，近年也有很多的科研团队去研究土体材料的循环特性。这里以两个典型工况来讲解一下如何实现循环加载：第一个工况为砂土中的振动波传递，这个工况需要产生位移控制的循环边界；第二个工况为砂土的循环双轴，这个工况需要产生应力控制的循环边界。这个工况模型图如图1所示，这里使用分成压缩法成的样，然后在砂土地基中生成一根桩，由桩产生竖向振动源。在桩的右侧布置4个测点，记录其速度的变化。每0.2s保存一个状态文件，运行2s。首先看一下运行0.2s时模型的速度场，如图2所示，可以看出由于桩侧摩阻力的存在，桩身周围的土体会产生递减的速度场。并且在远场也能看出上一个振动没有完全消减的速度。这个速度波的现象在1s时会比较明显，如图3所示。下面看一下速度的变化，这里的红色曲线为桩输入的速度波，其波形以扫频的方式输入，频率在1s内从频率从1增加到200。从图中还是可以看出比较明显波传递的滞后性，以及波的衰减。图5为运行2s时的速度曲线，这里看出波的衰减在各个频率是不一样的，在低频和很高频的时候都有比较好的衰减，在中间一段频率的衰减不是很好，貌似这就是卓越频率的定义。图6为将时程曲线进行傅里叶变化后得到的频域曲线，可以比较明显的看出高频波的衰减以及卓越频率。可以看出高频的衰减是比较明显的，但是低频的衰减不是特别好。将横坐标的区域改一下，可以看到峰值大概在100左右，除以尺寸比80为1.25Hz左右，也比较符合实际。双轴算是PFC的门槛型案例了，基本上掌握了双轴也就非常理解PFC和离散元原理了。最近也有很多同学做循环双轴或者三轴，其实道理都是一样的。甚至就操作来讲，循环双轴比单纯的双轴加载更加容易。这里的主要难点是如何应力控制实现循环加载，这里也是用的伺服原理，只需要不停的改变其目标值就可以了。
图8为设置的目标应力与实测应力，可以看出两者之间还是有比较明显的差别，这是因为伺服应力需要墙体移动调整达到目标应力，这里通过调整伺服频率和伺服系数应该可以改善这个现象。这个模型对应的为排水循环剪切，所以最后也是一个压密型的应力应变曲线，如图9所示:对于应变累计曲线，由于试样比较密，所以也很快的平衡了。
这里介绍了两个循环加载案例，展现了基本的结果，对于代码的讲解没有在文中显示太多，读者可以报名2021年3月6日（周六）20时，我将在仿真秀直播《PFC循环加载实例分析之桩基砂土振动传播与循环双轴离散元》。到时候会对代码进行一点讲解，分享本文到朋友圈，直播结束后可以联系小助手获得本期课程的PDF和完整的算例代码（资料附件下载）。（点击下图即可参加直播或回看）
1、位移循环控制案例：桩基砂土振动传播
2、应力循环控制案例:循环双轴
3、答疑解惑 福利派发
（二）用户得到
通过位移循环控制与应力循环控制的两个典型工况实操，用户可以学会如何实现循环加载边界，并对其进行分析。
向Lobby老师提问，咨询在PFC软件学习和应用过程中遇到难点或问题，可获得详细或软件演示解答。
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（三）适看人群
作者： lobby ，同济大学硕士，仿真秀年度优秀讲师，擅长离散元PFC软件与有限元编程算法声明：原创文章，本文首发仿真秀App公众号，部分图片源自网络，如有不当请联系我们，欢迎分享，禁止私自转载，转载请联系我们。获赞 10096粉丝 21555文章 3539课程 219
