FDEM接触检测和判断算法

文章摘要

本文讨论了PCDC混合有限元离散元并行计算程序中的collision选项。PCDC默认进行力学计算，可通过使用option命令来更改计算选项，包括液压、力学、热力学等多个领域。文章重点介绍了collision选项，它涉及模型中的接触判断和计算。 在PCDC计算中，接触判断是默认启用的，以处理模型单元间的相互作用。

但在静力分析中，如果单元间无接触，可以通过禁用接触判断来减少计算时间。有效接触判断可以提高计算准确性，但会增加计算时长。此外，接触判断的范围可以控制，以针对特定单元进行或避免接触力计算。 接触面之间的力通过接触本构关系计算，包括力学-各向同性弹性和用户定义的二维弹性等模型。对于接触碰撞，需要输入接触碰撞阻尼因子、摩擦角和罚系数等参数，其中罚系数通常设置为弹性模量的10到100倍。这些设置对于模拟单元间的接触相互作用至关重要。

正文       

1. 引言

PCDC【PCDC混合有限元离散元并行计算程序】默认情况下只进行力学(mechanical)计算，为了改变计算选项，需要使用option来改变，

pcdc model option

本文简要讨论了其中的(7) collision选项。

2. 接触判断

PCDC计算时需要进行接触检测和判断【初试FDEM软件PCDC的计算流程】，默认情况下PCDC模型启用了接触判断：

pcdc model option collision on

但如果模型单元之间没有接触，这种检测消耗时间，因此在静力分析中，为了缩短计算时间，需要禁用接触判断：

pcdc model option collision off

2.1 有效接触判断

默认情况下为on，接触计算只发生在真实断裂面之间，可以缩短计算时间，但由于节理在压缩状态下在未破裂前就有重叠而不计算由于重叠产生的额外的接触力，破裂后计算的接触力可能会有较大的“跳跃”而影响非连续计算结果；禁用有效接触(Efficient Contact)使接触计算也发生在未破裂之前的节理面之间，这会一定程度提高计算准确性，但会延长计算时间。

#禁用有效接触判断pcdc model option collision ecda off

2.2 范围控制

默认情况下，使用上述命令是对整个范围内进行判断的，可以对给定范围内的单元进行或不进行接触判断和接触力计算。

#在给定范围的单元不进行接触判断和接触力计算pcdc element collision false range x 0 1000.0

3. 接触面

通过接触力考虑单元非连续面之间的作用力，不共节点的面或破裂分开的节理之间可能由于接触而产生接触力，接触面之间的接触力的计算根据面被赋予的接触本构关系确定。

(1) mech-iso-elastic

(2) mech-user-defined-elastic2d