成样阶段fric的设置对散体材料力学特性的影响

成样是我们进行PFC模拟首先进行的一个步骤，我们一般使用的为distribute成样方法。这个方法是先在区域内生成重叠量较大的颗粒集 合体，然后先一边计算一边消除速度，之后进行平衡，得到我们所需要的试样。

    成样时候设置摩擦系数会使得试样平衡的更加快，这一部分得益于摩擦对动能的消耗，另一部分则是摩擦使得有切向力的存在，solve aratio是力的平衡，切向力的存在使得平衡更加容易。这也是我之前发现的一个现象，含fric的材料平衡，同样的孔隙率下，其分布和不含fric的材料不一样。总的来说可以归纳为一句话：

                            ~以重叠代替嵌入达到指定孔隙率~

    这句话算是这篇文章的中心思想了，我们下面会进行一个双轴试验，论述一下fric成样的影响。

一、指定孔隙率的颗粒分布

    首先我们看一下不含fric，也就是fric=0的材料，在成样阶段下颗粒的分布情况：

    可以看出来颗粒间的重叠量是比较小的，几乎肉眼识别不出来。

    再看一下fric=0.5时试样的状态：

可以看出来颗粒间的某些地方产生了肉眼可见的重叠量。

而fric=1.0的试样也类似：

相比于fric=0.5，重叠量更加大。

    这是因为切向力的存在使得颗粒不容易发生嵌入，产生的结果便是孔隙率的产生，使得重叠代替嵌入达到。

我们提取颗粒间的重叠量，绘制箱型图可以更加定量的发现：

    从图中可以看出，随着fric的增大，颗粒的重叠量也在不断增大。

二、双轴试验结果

    我们对三组试样进行双轴试验，先看一下位移场：

1）位移场

fric=0

fric=0.5

fric=1.0

    可以看出来，fric=0产生的为斜剪切面，而含fric的两个试样表现的是X剪切面，说明fric对破坏模式影响还是很大的。

2）应力应变曲线

    将应力应变曲线整理到一个图上面，可以看到fric=0时表现出密砂的软化特性，fric=0.5时表现出松砂的硬化特性，fric=1.0时表现出的力学特性则背离了一般砂土的力学特性。

2）体变曲线

    体变曲线可以看出来fric=0时，剪涨现象比较快，而fric越大则会出现更大的剪缩现象。这是因为已有的重叠量会阻止颗粒更慢产生滑动，从而产生破坏。

    我们这里目标孔隙率为0.08，所需要的应该是密砂的特性，所以fric=0时更加符合我们的需求。

    总的来说，这里不建议在成样阶段给材料赋fric的值，我们使用distribute成样方法，更愿意使试样因为嵌入达到我们想要的孔隙率，而不是产生大的重叠。