PFC模拟纯剪试验

本文摘要（由AI生成）：

本文介绍了纯剪切的概念及纯剪切应力与应变的关系，并通过PFC2D软件模拟了纯剪切试验过程。试验中采用球颗粒模拟砂粒，利用线性接触模拟砂粒之间的相互作用。通过固结阶段和纯剪切阶段的模拟，获取了试样的纯剪切应力应变关系，并展示了主要建模过程及代码。此外，文章还描述了通过变化荷载方向实现循环剪切的方法，并展示了仿真得到的滞回曲线和试样位移矢量图。

纯剪切（pure shear）是没有发生转动的剪切应变模式，即剪一切前后有线元长度发生了变化（即真实形变），而没有发生主轴的旋转。纯剪切应力与纯剪切应变有关，通过以下公式：。

在纯剪切条件下，剪切应变可计算为：

纯剪切微元的受力模式如下所示：

在PFC2D中，采用球颗粒模拟砂粒，视砂粒之间的不存在内聚力作用，砂粒之间的接触采用线性接触模拟。建立一个正方形的试样，四周边界采用墙体模拟，试样如下图所示：

纯剪切试验分两个阶段进行：固结阶段和纯剪切阶段。各向同性固结阶段，基于伺服原理对边界墙体施加压力，试样在规定的围压下达到平衡；然后禁用边界墙体的伺服功能，为顶部墙体和右侧墙体设置速度，模拟纯剪切试验。通过FISH函数等对试样的横向应力、竖向应力、纯剪切应变、纯剪切应力等参量进行了监测。通过变化荷载方向实现循环剪切，可得到滞回曲线。

纯剪切过程中当试样竖向受拉力，横向受压力作用时，边界墙体及球单元的位移矢量如下图所示：

仿真得到的试样的纯剪切应力应变关系如下图所示：

主要建模过程及代码展示如下：