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PFC3D命令說明（COMMON COMMAND REFERENCE）PFC3D是基于命令驅(qū)動模式（COMMAND-DRIVEN FORMAT）的軟件，各種命令控制著程序的運行，這部分內(nèi)容將介紹PFC3D軟件的內(nèi)嵌命令。本說明文件譯自PFC3D軟件2.0版使用手冊中的COMMAND REFERENCE部分，并補充了一些手冊中沒有的命令（如設(shè)置粘性阻尼、生成圓柱、螺旋壁面等，這些命令在更高版本的手冊中有說明）。命令說明的順序沒有采用原手冊中按字母排序的方式，而是根據(jù)創(chuàng)建PFC3D模型解決實際物理問題的一般過程，對相關(guān)命令加以說明。PFC3D手冊中COMMON COMMAND REFERENCE只對每個命令的格式和基本功能做了簡單介紹，本說明文件對每個命令做了更詳細的解釋，為保持文件的可讀性，對命令的詳細解釋都以附錄形式給出。本文件介紹了PFC3D的基本功能，對初學者有較大幫助，但要進行高級應(yīng)用，還需清楚了解DEM和PFC3D相關(guān)功能的基本原理以及軟件的結(jié)構(gòu)等。由于只關(guān)注使用PFC3D解決顆粒流的問題，涉及顆粒流的命令介紹的比較詳細，而用于巖土工程等其他領(lǐng)域的命令，由于關(guān)注很少且專業(yè)知識缺乏，只是不求甚解。0. 關(guān)于命令格式的說明：PFC3D中每個命令基本包含3部分：命令名、必需關(guān)鍵詞和可選關(guān)鍵詞。本說明文件中，命令名和必需關(guān)鍵詞寫在第一行，尖括號表示該命令具有可選關(guān)鍵詞，羅列于命令名的下一行次級列；帶參數(shù)的關(guān)鍵詞，參數(shù)緊隨關(guān)鍵詞之后用加粗斜體表示。名字較長的“命令”和“關(guān)鍵詞”，PFC3D允許不寫出全部字母，只需簡寫前面的一些字母，最短可簡寫名（即PFC3D能識別的最短簡寫“命令”和“關(guān)鍵詞”名）用加粗字體表示。例如命令：BALLrad r hertzididxxyyzz說明：命令名為BALL的命令，具有必需關(guān)鍵詞rad（參數(shù)r）和hertz、id、x、y、z等可選關(guān)鍵詞。其中hertz不帶參數(shù)，最短可簡寫為hert；id、x、y、z的參數(shù)分別為id、x、y、z。另外，PFC3D默認對內(nèi)嵌命令以及FISH函數(shù)中的命令名、關(guān)鍵詞、參數(shù)等的字母大小寫不敏感，也可設(shè)置為大小寫敏感（使用SET case_sensitivity on命令），建議使用對字母大小寫不敏感模式，可減少錯誤的產(chǎn)生。1. 模型屬性命令（MODEL-PROPERTY COMMANDS）模型屬性命令支持數(shù)值模型的創(chuàng)建與修改，主要包括表1所示的命令，這些命令可分為模型創(chuàng)建（或刪除）和模型修改兩大類表1 模型屬性命令BALLCLUMPDELETEGENERATEJSETWALLFIXFREEMODELPROPERTY & CHANGE & INITIALIZEBALL生成一個新顆粒；CLUMP生成一個新塊體，或修改已有塊體的屬性；DELETE刪除球、壁面、塊體或歷史（HISTORIES）；GENERATE在特定空間內(nèi)生成一組顆粒，其大小按指定方式分布；JSET以給某個接觸分配一個“接點”ID號的方式生成一組“接點”；WALL生成一個新壁面或修改已有壁面的屬性（包括修改物性和外加速度）；FIX為顆粒設(shè)置固定速度標記FREE清除顆粒的固定速度標記MODEL在指定“接觸”上使用用戶自定義接觸模型；PROPERTY修改已有顆粒（ball）、接點（joint）、粘結(jié)（bond）和接觸（contact）的屬性。球的屬性包括物性、外加力和速度等；使用區(qū)域元素（range element）JSET，用戶可以修改特定接點附件的顆粒屬性；對于“粘結(jié)”，接觸粘結(jié)和平行粘結(jié)都可以被創(chuàng)建并修改其屬性；對于“接觸”，PROPERTY用于修改用戶自定接觸模型的修改。同義命令：CHANGE、INITIALIZE。1.1 模型創(chuàng)建命令：WALLkeywordWALL命令有兩個功能，生成一個新的壁面，或按指定的ID號修改已有壁面的屬性參數(shù)。WALL不能使用RANGE邏輯，即不能給一個壁面的不同部分賦不同的屬性參數(shù)。壁面只與球有相互作用，壁面之間沒有相互作用，因此壁面可以相互重疊。壁面有兩側(cè)，有效側(cè)（active side）與非有效側(cè)（inactive side），只有與有效側(cè)接觸的球，才與壁面有相互作用。關(guān)于有效側(cè)的定義，見附錄1。每個壁面都可以設(shè)置平移速度與轉(zhuǎn)動速度。使用Theory and Background中的1.28公式，可更新構(gòu)成壁面的每個頂點的位置，從而得到壁面的運動情況。 應(yīng)當注意的是，轉(zhuǎn)動速度的設(shè)定還與壁面轉(zhuǎn)動中心有關(guān)，默認情況下，轉(zhuǎn)動中心在坐標原點(0.0, 0.0, 0.0）。兩類壁面可以定義：（1）無限大壁面：由關(guān)鍵詞origin和normal定義的一個無限大平面；（2）有限壁面：圓柱形或由一組凸面多邊形組成，使用關(guān)鍵詞face定義。A. 無限大壁面（infinite wall）:無限壁面由關(guān)鍵詞normal和origin定義，前者定義壁面的單位法向向量，所指向的一側(cè)是壁面的有效側(cè)；后者定義壁面上的任意一點。normal nx, ny, nz無限壁面單位法向向量的分量；originx0, y0, z0無限壁面上任意一點的坐標；B. 圓柱壁面（cylinder）:使用關(guān)鍵詞type cylinder可以定義圓柱壁面，也可定義圓錐、圓臺壁面等回旋壁面。type cylinderkeywordend1x1, y1, z1回旋面的第一個端點；end2x2, y2, z2回旋面的第二個端點；radiusrl, rurl: 端點end1處的回旋半徑；ru: 端點end2處的回旋半徑；type cylinder的幾點說明：1) end1, end2至多只能缺省一個，缺省時對應(yīng)的參數(shù)都為0；2) rl和end1對應(yīng)，ru和end2對應(yīng)；3) radius值決定了回旋壁面的類型：i. rl = ru，對應(yīng)圓柱壁面；ii. rl = 0.0，對應(yīng)圓錐壁面；iii. rl ru，對應(yīng)圓臺壁面；例如：Wall type cylinder end1 0 0 0, end2 0 0 1, radius 0.5,0.5, id=1, kn=1e6, ks=1e6, fric=0.2 ;生產(chǎn)半徑為0.5的圓柱面；Wall type cylinder end1 0 0 0, end2 0 0 1, radius 0.0,0.5, id=1, kn=1e6, ks=1e6, fric=0.2 ;生產(chǎn)地面半徑為0.5的圓錐面；Wall type cylinder end1 0 0 0, end2 0 0 1, radius 0.2,0.5, id=1, kn=1e6, ks=1e6, fric=0.2 ;生產(chǎn)上底面半徑0.2，下底面半徑為0.5的圓臺面；C. 螺旋壁面（spiral）:使用關(guān)鍵詞type spiral可以生產(chǎn)螺旋壁面。type spiralkeywordend1x1, y1, z1螺旋面的第一個端點；end2x2, y2, z2螺旋面的第二個端點；radinrinrin: 螺旋面的內(nèi)徑；radoutroutrout: 螺旋面的外徑；pitchptpt: 螺距。說明：螺紋的個數(shù)由end1,end2之間的距離除以pitch得到的整數(shù)決定。如ed1-end2=10,pitch=3，則螺紋數(shù)等于3個。例如：Wall type spiral end1 0 0 0, end2 10 0 0, radius 0.5,1.0, pitch=1, id=1, kn=1e6, ks=1e6, fric=0.2 ;生產(chǎn)10個螺紋的螺旋面；D. 凸面多邊形壁面（convex polygons）：使用關(guān)鍵詞face可以構(gòu)造由若干有限平面（face）組成的有限壁面（wall），每個平面（face）必須是由一組按順序連接的頂點（vertices）組成的多邊形（polygon）；有限壁面的有效側(cè)按右手法則確定，詳見附錄1。facex1, y1, z1 x2, y2, z2 xn, yn, znx1, y1, z1 x2, y2, z2 xn, yn, zn為平面多邊形的頂點坐標，它們的位置順序代表著頂點的連接順序，決定了有效側(cè)的位置。使用具有相同ID號的WALL命令，可以在已有壁面上增加若干多邊形平面，如下列命令定義了一系列有限壁面：wall id=1 face (1,1,1) (1,0,1) (6,0,1) (6,1,1)wall id=2 face (6,0,1) (6,0,6) (6,1,6) (6,1,1)wall id=3 face (1,0,6) (1,1,6) (6,1,6) (6,0,6)wall id=4 face (1,1,1) (1,1,6) (1,0,6) (1,0,1)wall id=5 face (2,1,2) (5,1,2) (5,0,2) (2,0,2)wall id=5 face (5,0,2) (5,1,2) (5,1,5) (5,0,5)wall id=5 face (2,0,5) (5,0,5) (5,1,5) (2,1,5)wall id=5 face (2,1,2) (2,0,2) (2,0,5) (2,1,5)wall id=9 normal 0, 1,0 origin 3.5,0.0,3.5wall id=10 normal 0,-1,0 origin 3.5,1.0,3.5通過使用多個具有相同ID號（id=5）的WALL命令，定義了一個由4個平面構(gòu)成的凸面多邊形壁面，如下圖所示。圖1 face定義有限平面警告：PFC3D軟件現(xiàn)階段只能生成有效的凸壁面，即有效側(cè)夾角大于180的兩個連接面（如圖1中的id=5壁面）；對于凹形幾何結(jié)構(gòu)，不能定義成一個壁面，必須通過連接不同的壁面得到。E. WALL命令的其他關(guān)鍵詞：以下關(guān)鍵詞用于設(shè)置壁面的屬性，如剛度系數(shù)、摩擦系數(shù)、平移速度、旋轉(zhuǎn)速度等。關(guān)鍵詞的可以在命令中的任意位置出現(xiàn)。idid指定壁面的ID號，必須是正整數(shù)。如果不指定，則將選擇比當前最大壁面id號大1的整數(shù)。如果指定的id號已經(jīng)存在，則對應(yīng)壁面的屬性將被修改，如增加1個平面，或修改剛度系數(shù)、摩擦系數(shù)等。knkn設(shè)定或修改壁面法向剛度系數(shù)（線性接觸模型）；ksks設(shè)定或修改壁面切向剛度系數(shù)（線性接觸模型）；frictionf設(shè)定或修改壁面摩擦系數(shù)；xx設(shè)定轉(zhuǎn)動中心（x坐標）；yy設(shè)定轉(zhuǎn)動中心（y坐標）；zz設(shè)定轉(zhuǎn)動中心（z坐標）；xspinxs設(shè)定繞轉(zhuǎn)動中心的轉(zhuǎn)動速度（x分量）單位：弧度/秒；yspinys設(shè)定繞轉(zhuǎn)動中心的轉(zhuǎn)動速度（y分量）單位：弧度/秒；zspinzs設(shè)定繞轉(zhuǎn)動中心的轉(zhuǎn)動速度（z分量）單位：弧度/秒；xvelocityxv設(shè)定平移速度（x分量）；yvelocityyv設(shè)定平移速度（y分量）；zvelocityzv設(shè)定平移速度（z分量）；BALLrad r 生成半徑為r的單個顆粒，可選擇的關(guān)鍵詞有：hertz啟用Hertz接觸模型，若不是用該可選關(guān)鍵詞，則模型默認使用線性接觸模型idid設(shè)置顆粒的ID號。每個顆粒的ID號應(yīng)為獨一的正整數(shù)，如果模型內(nèi)有相同的ID號，則軟件會報錯。如果用戶不設(shè)置顆粒ID號，軟件將自動指定比當前模型內(nèi)最大ID號大1的號碼。xx球心的x坐標yy球心的y坐標zz球心的z坐標GENERATE x xl xu y yl yu z zl zu radius rl ru id il iu 以下關(guān)鍵詞可用于修改該命令的功能：no_shadow禁止在非陰影區(qū)內(nèi)生成顆粒（見附錄二）；默認情況下，顆粒會在壁面的有效側(cè)與非有效側(cè)生成。triestmaxPFC3D默認嘗試20,000次，以將指定數(shù)量的待生成顆粒置于指定空間。該命令將嘗試的次數(shù)設(shè)為tmax次，需注意的是，這個值只對當前Generate命令有效，并不是將模型內(nèi)所有Generate命令的嘗試次數(shù)都設(shè)為tmax。filterfname使用用戶自定義的顆粒生成過濾器（user-defined generation filter）。在生成每個球的每一次嘗試中，名為fname的FISH函數(shù)被調(diào)用，詳見說明9和附錄4。gauss顆粒半徑服從高斯概率分布，而不是默認的均勻概率分布。此時，平均半徑為(rl + ru) / 2，標準偏差為(ru - rl) / 2；其中rl , ru為關(guān)鍵詞radius定義的參數(shù)。hertz新生顆粒使用Hertz接觸模型。若無該關(guān)鍵詞，則使用默認的線性接觸模型。local該關(guān)鍵詞只在并行計算過程起作用，用于強制性地只在本地處理器上生成顆粒，而不在處理器之間共享信息。minrmin該關(guān)鍵詞只在使用了gauss關(guān)鍵詞的情況下起作用，用于將高斯概率分布中的最小球半徑設(shè)為rmin。默認情況下，高斯概率分布中的最小球半徑為rl / 10。說明：1. BALL和GENERATE是用于生成新球的兩個命令，他們之間有很大區(qū)別：a) BALL是在用戶指定的一個特定位置，生成一個新球；新球的生成不受已有球的影響，允許與其他球有任意大的重疊；由于球之間允許重疊，當循環(huán)計算開始時，球之間會突然產(chǎn)生大小相應(yīng)于重疊量的作用力；b) GENERATE是在用戶指定的一個空間區(qū)域內(nèi)，生成指定數(shù)量的新球；新球的生成受已有球的影響，因為球與球之間不允許有重疊；因此用GENERATE命令能否在指定空間生成指定數(shù)量的球，還取決于空間是否足夠大，或生成球過程中的嘗試次數(shù)（tries）是否足夠多等；c) BALL命令一般用于生成規(guī)則排列球組（Regular particle assembly），GENERATE用于生成非規(guī)則排列球組(Irregular particle assemble)；2. Generate命令必須指定球的生成空間范圍、半徑大小分布形式和ID號范圍（確定球的數(shù)量）。球的位置與半徑隨機選擇，因此最終生成的顆粒組的狀態(tài)（位置和大小）受隨機數(shù)發(fā)生器（Random number generator）的影響。SET random SET random 該命令用于設(shè)置隨機數(shù)發(fā)生器的隨機種子 iseed。我們知道，計算機只能生成相對隨機數(shù)（偽隨機數(shù)），偽隨機數(shù)的計算取決于隨機算法和隨機種子的選取，當算法和種子確定后，產(chǎn)生的隨機數(shù)就確定了；種子和算法相同時，產(chǎn)生的隨機數(shù)也相同。PFC3D軟件中隨機算法是不變的，因此隨機數(shù)的生成完全取決于用戶設(shè)定的隨機種子的大小，即iseed的值。iseed的默認值等于10000，用戶可以自定義隨機種子，其大小應(yīng)和默認值在同一量級；三點必須明確：1. 如果用戶沒有使用SET random 命令，則隨機種子由軟件自動選取，一般取自計算的系統(tǒng)時鐘，即來自計算機主板上的定時/計數(shù)器在內(nèi)存中的記數(shù)值。這種情況下，同一個模型每次運行時的隨機數(shù)都不同，Generate生成的球組初始狀態(tài)（球的大小和位置）每次也不同； 2. 如果用戶使用了SET random 命令自定義隨機種子的大小，那么隨機數(shù)的產(chǎn)生取決于用戶選取的iseed值的大小，相同的隨機種子意味著對于同一個模型而言，無論運行多少次，由Generate命令生成的初始球組的狀態(tài)是一樣的；3. 隨機種子的設(shè)置只與有無SET random 命令以及iseed的大小有關(guān)，NEW命令不會改變隨機種子的設(shè)置。命令用于設(shè)置隨機數(shù)發(fā)生器的狀態(tài)，詳見腳注1；3. 關(guān)鍵詞x xl xu y yl yu z zl zu用于定義指定空間，新生球的質(zhì)心x，y，z坐標值分別處于區(qū)間xl, xu， yl, yu和zl,zu之內(nèi)。若使用可選關(guān)鍵詞annulus，則顆粒的生成空間為一球環(huán)形空間，其球心為(xc, yc, zc)，內(nèi)外球徑分別為r1, r2；此時定義方形空間的x, y, z關(guān)鍵詞可以省略，否則，指定的空間為annulus定義的球環(huán)形空間與x, y, z定義的方形空間的交集；X,y,z與annulus等關(guān)鍵詞只能定義簡單的方形與球環(huán)形空間，而實際問題大多數(shù)涉及較復雜的空間。此時最有效的方法是使用用戶自定義FISH函數(shù)進一步限制球的生成空間，見關(guān)鍵詞filter的說明；4. 球徑大小由關(guān)鍵詞radius定義，默認情況下，球徑大小在區(qū)間rl, ru之內(nèi)，且服從均勻概率分布均勻概率分布的數(shù)學概念：設(shè)連續(xù)型隨機變量X的分布函數(shù)為F(x)=(x-a)/(b-a),axb則稱隨機變量X服從a,b上的均勻概率分布,記為XUa,b.若x1,x2是a,b的任一子區(qū)間,則Px1xx2=(x2-x1)/(b-a)這表明X落在a,b的子區(qū)間內(nèi)的概率只與子區(qū)間長度有關(guān),而與子區(qū)間位置無關(guān),因此X落在a,b的長度相等的子區(qū)間內(nèi)的可能性是相等的,所謂的均勻指的就是這種等可能性.在實際問題中,當我們無法區(qū)分在區(qū)間a,b內(nèi)取值的隨機變量X取不同值的可能性有何不同時,我們就可以假定X服從a,b上的均勻概率分布.（uniform distribution），也可使用關(guān)鍵詞gauss指定球徑大小服從高斯概率分布；5. 關(guān)鍵詞id il iu指定了需要生成多少數(shù)量的球。生成球的總數(shù)量為iu-il+1，其中iu, il為球ID號的最大值與最小值；6. Generate生成球時，新球與已有球之間不允許相互重疊，因此，當沒有足夠的空間（或嘗試的次數(shù)不足，見關(guān)鍵詞tries）生成所有指定數(shù)量的球時，將生成少于所需數(shù)量的球。軟件默認這種情況為發(fā)生錯誤，不過也可以使用SET gen_error命令將這種情況當作警告處理（軟件提示警告信息，但是指令處理過程繼續(xù)進行）；顆粒生成以后，緊隨其后應(yīng)使用PROPERTY命令設(shè)置球的屬性參數(shù)，包括法向剛度、切向剛度、局部阻尼、密度、摩擦系數(shù)，Hertz模型下的彈性模量、泊松比等。7. tries tmax的說明：Generate命令生成的球與球之間不允許重疊，用Generate命令生成新球的過程是不斷嘗試的過程；每次嘗試先按指定的分布形式確定球徑大小，并隨機（偽隨機）確定一個球心位置，再檢測該位置周圍是否有足夠空間生成該球；若空間足夠，新球生成，否則進行下一次嘗試。軟件默認嘗試20,000次，當所需新生球數(shù)量較多時，必須使用tries tmax命令，設(shè)置更大的嘗試次數(shù)，否則即使有足夠的空間，也不能生成所需數(shù)量的球。8. filter fname：該關(guān)鍵詞的作用是引用用戶自定義顆粒生成過濾器（generation filter），fname是用戶自定義FISH函數(shù)名，生成每個試產(chǎn)球(trial ball)時都將被調(diào)用。在函數(shù)fname里，試產(chǎn)球的半徑通過fc_arg(0)傳遞，位置坐標的x, y, z分量分別通過fc_arg(1), fc_arg(2), fc_arg(3)傳遞。要使試產(chǎn)球被接受（即其符合過濾條件），函數(shù)中fname的值設(shè)為0，否則fname的值設(shè)為1。關(guān)于filter fname的更詳細說，見附錄4。DELETE keyword刪除球(balls)、塊(clumps)、歷史(histories)或壁面(walls)等，命令的形式取決于要刪除的對象。相關(guān)關(guān)鍵詞及其參數(shù)如下：balls刪除球。如果指定id號，僅刪除對應(yīng)的1個球；如果指定一個范圍(range)，則處于該范圍內(nèi)的球（即質(zhì)心處于該范圍之內(nèi)的球）都將被刪除；如果既不指定id號，也不指定范圍，則模型中的所有球都將被刪除。利用FISH函數(shù)，我們能更靈活地按照所希望的方式刪除一些對象，比如刪除一些超出指定范圍的球。Users Guide中的例3.21介紹了每經(jīng)100個循環(huán)，刪除位置低于某一高度的球。關(guān)于FISH語言，將在另一部分給予介紹。Example 3.21 FISH function to delete escaping particles;fname: zapballs.DATdef remove_ballswhile_steppingy_del_count = y_del_count + 1if y_del_count 100y_del_count = 0bp = ball_headloop while bp # nullnext = b_next(bp)if b_y(bp) y_delii = b_delete(bp)end_ifbp = nextend_loopend_ifendclumpid刪除ID為id的塊，不可指定范圍(range)參數(shù)。刪除塊只是解散組成塊體的球，并不刪除這些球。histories刪除所有歷史記錄(history traces)。另外，也可以用HISTORY reset命令擦除所有歷史記錄的內(nèi)容。wallsid刪除ID號為id的壁面，不可指定范圍（range）參數(shù)。CLUMP keywords 創(chuàng)建ID號為id的新塊，若指定的id已經(jīng)存在，則其功能為修改ID為id的塊體的屬性。JSET1.2 模型修改命令：FIXkeyword 固定某一范圍(range)內(nèi)球的指定速度自由度，若不指定范圍(range)，該命令將應(yīng)用于模型中的所有球。應(yīng)當注意的是，固定的是“速度”而不是位移。當速度的某一分量被固定時，其速度將保持當前值不變，即每個循環(huán)中運動方程不會更新速度分量。速度值可使用PROPERTY命令設(shè)置。以下關(guān)鍵詞可使用：x固定x方向線速度；y固定y方向線速度；z固定z方向線速度；xspin固定x方向角速度；yspin固定y方向角速度；zspin固定z方向角速度；例如，下列命令行將把ID為5的球的x方向線速度固定為1.5m/s。fix xrange id = 5;property xvel = 1.5range id=5;FREEkeyword FREE是與FIX相反的命令，其功能是移除對某一范圍（range）內(nèi)的球在速度自由度上的固化, 若不指定范圍，該命令將應(yīng)用于模型中的所有球。當某速度分量自由化（be free）后，其大小變化將由每個循環(huán)過程的運動方程決定。默認情況下，所有球的所有分量都是自由變化的。以下關(guān)鍵可用于該命令：x釋放x方向線速度(frees x-velocity)；y釋放y方向線速度；z釋放z方向線速度；xspin釋放x方向角速度；yspin釋放y方向角速度；zspin釋放z方向角速度；PROPERTYkeyword v 設(shè)置某范圍(optional range)內(nèi)已有球(balls)、接點(joints)、粘結(jié)(bonds)以及接觸(contacts)的屬性，包括球的物性、外加力和速度；修改連接到某個接點的球的屬性；修改接觸粘結(jié)和平行粘結(jié)的屬性。對于接觸，PROPERTY只能修改用戶自定義接觸模型的接觸屬性。若沒有指定范圍，則模型中所有有效對象的屬性都將被修改。命令CHANGE和INITIALIZE是PROPERTY的同義命令，具有相同的功能。以下關(guān)鍵詞可用于修改PROPERTY命令的功能：addv修改處于指定范圍內(nèi)的所有對象的參數(shù)值，使其在當前值的基礎(chǔ)上加上設(shè)定值v得到新的值。例如，給所有球的半徑加0.1的命令是：PROPERTY radius add 0.1。gradientgx, gy, gz該關(guān)鍵詞的作用是有梯度地設(shè)定參數(shù)值，即將對象的的參數(shù)值設(shè)為：。這里關(guān)鍵詞gradient應(yīng)緊隨v值之后設(shè)定，(x, y, z)為對象的位置坐標。如果還使用了關(guān)鍵詞multiply，則由gradient設(shè)定梯度(gx, gy, gz)也將用于乘數(shù)值的設(shè)定。multiplyv將指定范圍內(nèi)的對象的參數(shù)值乘以v得到新的參數(shù)值，注意是乘以v而不是將參數(shù)值設(shè)定為v。例如命令:PROPERTY radius multiply 1.5的作用是將所有球的半徑擴大1.5倍，若此時某球的半徑等于2.0m，則應(yīng)用該命令后其半徑為3.0m。PROPERTY命令的關(guān)鍵詞可分為以下三類：修改球?qū)傩?、修改接觸粘結(jié)屬性(contact-bond properties)和修改平行粘結(jié)屬性(parallel-bond properties)。在必要之處，屬性參數(shù)的單位在方括號內(nèi)給予了說明。球?qū)傩裕簉adius球的半徑density密度質(zhì)量/體積color設(shè)置顏色標號(index)。球的顏色標號必須是一個非零整數(shù)，標號等于0對應(yīng)于plot命令給球設(shè)定的一系列顏色中的第一個顏色。例如命令：PLOT add ball red blue orange black設(shè)置了4種顏色的球，其中顏色編號0對應(yīng)red(紅色)，編號1對應(yīng)blue，依此類推。此時命令PROPERTY color 2的作用就是把所有球的顏色設(shè)為orange(橙色)。kn法向剛度系數(shù)(線性接觸模型) 力/位移;ks切向剛度系數(shù)(線性接觸模型) 力/位移;damping局部阻尼系數(shù)。PFC3D軟件默認對于每個新生成的球使用局部阻尼，默認的局部阻尼系數(shù)等于0.7，用戶可以通過關(guān)鍵詞damping修改局部阻尼系數(shù)。friction球表面摩擦系數(shù)（注意，不是摩擦角）；poiss泊松比（Hertz接觸模型）；shear剪切模量（Hertz接觸模型）；xforce作用于球質(zhì)心的x方向的外加力(applied force)；yforce作用于球質(zhì)心的y方向的外加力(applied force)；zforce作用于球質(zhì)心的z方向的外加力(applied force);xdisplacementx方向累積位移距離, distance；ydisplacementy方向累積位移距離, distance；zdisplacementz方向的累積位移距離, distance；xvelocityx方向速度距離/時間，distance/time；yvelocityy方向速度距離/時間，distance/time；zvelocityz方向速度距離/時間，distance/time；xspinx方向角速度弧度/時間；yspiny方向角速度弧度/時間；zspinz方向角速度弧度/時間；xmomentx方向外加力矩力*距離；ymomenty方向外加力矩力*距離；zmomentz方向外加力矩力*距離；接觸粘結(jié)屬性(Contact-bond properties)：創(chuàng)建球與球之間的接觸粘結(jié)是通過把任意一個接觸粘結(jié)屬性參數(shù)設(shè)為非零值實現(xiàn)的。此時，程序會在指定范圍內(nèi)的所有真實接觸（兩球之間有實際重疊量）和虛擬接觸（兩球間距小于其平均半徑的10-6）上設(shè)置接觸粘結(jié)。如果法向或切向接觸粘結(jié)力被設(shè)為0，那么該接觸粘結(jié)將在下一個循環(huán)中斷裂。手冊Theory and background中的2.3.1節(jié)對接觸粘結(jié)邏輯(contact-bond logic)有詳細敘述。n_bond法向接觸粘結(jié)力(contact bond normal strength)力(force);s_bond切向接觸粘結(jié)力(contact bond shear strength) 力(force)；平行粘結(jié)屬性(Parallel-bond properties)：類似與接觸粘結(jié)，創(chuàng)建球與球之間的平行粘結(jié)是通過把任意一個平行粘結(jié)屬性參數(shù)設(shè)為非零值實現(xiàn)的。此時，程序會在指定范圍內(nèi)的所有真實接觸（兩球之間有實際重疊量）和虛擬接觸（兩球間距小于其平均半徑的10-6）上設(shè)置接觸粘結(jié)。如果法向或切向平行粘結(jié)力被設(shè)為0，那么該平行粘結(jié)將在下一個循環(huán)中斷裂。手冊Theory and background中的2.3.2節(jié)對平行粘結(jié)邏輯(parallel-bond logic)有詳細敘述。pb_kn平行粘結(jié)法向剛度系數(shù)應(yīng)力/位移(stress/displacement);pb_ks平行粘結(jié)切向剛度系數(shù)應(yīng)力/位移(stress/displacement);pb_nstrength法向平行粘結(jié)力應(yīng)力(stress);pb_sstrength切向平行粘結(jié)力應(yīng)力(stress);pb_radius半徑乘數(shù)(radius multiplier)，由此平行粘結(jié)的半徑等于該乘數(shù)乘以兩個粘結(jié)球中的最小半徑。注意：1. 如果使用了用戶自定義的接觸模型，則其屬性參數(shù)也是通過PROPERTY命令對模型中定義的屬性名賦值來設(shè)置的。詳見手冊FISH volume中的第4節(jié)。2. 關(guān)鍵詞radius的簡寫不可短于“rad”，否則將被識別為“range”2. 程序控制命令（PROGRAM-CONTROL COMMANDS）程序控制命令用于支持程序的批處理模式(batch mode)運行，并允許用戶修改程序狀態(tài)。這類命令列于表2。表2 程序控制命令CYCLE & STEPSOLVECALL RETURNCONTINUE PAUSENEWPARALLELQUIT & STOPCYCLE執(zhí)行指定數(shù)量的循環(huán)計算（同義詞：STEP）；SLOVE持續(xù)循環(huán)計算直到達到指定的停止條件；CALL將數(shù)據(jù)文件讀入PFC3D軟件并執(zhí)行其中的命令，這就是所謂的批處理模式；RETURN從批處理模式(batch mode)返回命令交互模式(interactive-command mode)；如果嵌套了多層調(diào)用，則返回上一層的調(diào)用文件。PAUSE暫停讀入數(shù)據(jù)文件，與CONTINUE命令對應(yīng)；CONTINUE繼續(xù)讀入數(shù)據(jù)文件，與PAUSE命令對應(yīng)；NEW清除程序狀態(tài)，開始一個新的模型計算；PARALLEL控制并行處理程序的運行；QUIT停止程序運行（同義詞：STOP）；SAVE將程序當前狀態(tài)存入文件，與RESTORE命令對應(yīng)；RESTORE還原存儲文件(SAVEd file)中的程序狀態(tài)，與SAVE命令對應(yīng)；TITLE設(shè)置模型標題，該標題會在繪圖中顯示并記錄在存儲文件中。CYCLEn執(zhí)行n個時步的循環(huán)計算。如果運行期間按下鍵，PFC3D軟件將在執(zhí)行完當前循環(huán)步數(shù)后返回命令交互模式；如果按下鍵，PFC3D將在執(zhí)行完當前循環(huán)步數(shù)后調(diào)用下一個批處理文件（如果有的話）。例如，命令CYCL 10000意為執(zhí)行10000步循環(huán)計算，如果用戶在第5000步的時候按下了鍵，則PFC3D將在此時停止計算并返回命令交互模式；如果在5000步時按下鍵，則程序?qū)⒄{(diào)用下一層批處理文件；如果沒有下一層批處理文件，則程序?qū)⑼Ｖ惯\行，并返回命令交互模式。同義詞：STEPSOLVE 啟動并持續(xù)循環(huán)計算，直到達到指定的停止條件。默認情況下，當最大或平均不平衡力比達到1*10-2時，則認為得到穩(wěn)定狀態(tài)解。以下關(guān)鍵詞用于定義該命令的停止條件（注意：達到任意一個停止條件時，循環(huán)計算都將停止）。averagev平均不平衡力與平均接觸力的比值，默認v = 0.01。平均不平衡力為：所有不平衡力分量絕對值的總和在所有球上的平均值；平均接觸力：所有法向力接觸力絕對值的總和在所有法向力接觸力不為零的接觸點上的平均。maximumv所有球中的最大不平衡力與最大接觸力的比值，默認v = 0.01。最大不平衡力：不平衡力矢量任何一個分量的最大值。對于任意一個球而言，其不平衡力分量都有一個最大值Funmax，所有球中最大的Funmax (記為max(Funmax)，就是maximum命令中所謂的所有球中的最大不平衡力。最大接觸力：所有具有非零法向力的“接觸(contact)”中（不考慮平行粘結(jié)），法向接觸力絕對值的最大值。cyclesn循環(huán)步數(shù)限定條件，默認n = 100,000步；stepss關(guān)鍵詞cycles的同義詞；clockt計算機運行時間限定條件，默認t = 1440分鐘；timet累計問題時間（即所有時步的和）限制條件，默認t = 360,000秒。說明：問題時間(Problem-time)與計算機運行時間(Computer runtime)PFC3D模型都是用于模擬一個實際物理問題。對于一個PFC3D模型而言，都具有兩個時間概念，即問題時間(problem-time)和計算機運行時間(computer runtime)。前者是實際物理時間，也就是所有時間步長的總和；后者是計算機模擬該問題所花的計算時間，這與時間步長的大小、計算的硬件性能等相關(guān)，時步越大、計算機性能越好，所花運行時間越短。例如用PFC3D模擬一個5m高的自由落體運動，從運動開始到結(jié)束，問題時間( problem-time )約為1s。而對于計算機而言，其模擬自由落體運動必須分為若干個時間步長來計算，每個時步中必須進行查找接觸、更新數(shù)據(jù)、繪圖、保存數(shù)據(jù)等操作，因此計算機的運行時間(computer runtime)必然比問題時間更長。我們常說DEM方法耗時太長，指的就是計算機的運行時間太長。對于一個實際物理問題，其問題時間由物理原則決定，模擬過程不能改變；而對于計算機運行時間則可以想方設(shè)法縮短，比如選擇大小合適的時步、使用高性能計算機、并行計算等。CALLCALL命令用于批處理模式(batch mode)，作用是調(diào)用名為fname的數(shù)據(jù)文件。如果沒有指定文件名，則默認調(diào)用“PFC3D.DAT”；如果沒有指定fname的擴展名，則擴展名默認為“.DAT”。數(shù)據(jù)文件中可以有任意多的注釋行（分號“;”用于注釋），PFC3D不會運行這些注釋信息。一個數(shù)據(jù)文件內(nèi)可以按順序嵌套調(diào)用其他數(shù)據(jù)文件，對嵌套的層數(shù)沒有限制，但是不允許文件之間的遞歸調(diào)用。例如，“ABC”文件中調(diào)用了“DEF”文件，而“DEF”中同時又調(diào)用了“ABC”文件，這種情況是不允許的。如果只有一層調(diào)用，用RETURN命令可從批處理模式返回命令交互模式；如果是多層嵌套調(diào)用（即在一個數(shù)據(jù)文件中調(diào)用了另一個數(shù)據(jù)文件），則（被調(diào)用文件中）RETURN的作用為返回上一層數(shù)據(jù)文件中（調(diào)用文件中）CALL命令的下一行。如果按下 （退出鍵），無論此時正在調(diào)用哪一層數(shù)據(jù)文件，都將結(jié)束批處理運行模式并返回命令交互模式；如果按下（空格鍵），用戶可以在數(shù)據(jù)文件中插入PAUSE命令，該命令會暫停程序的運行，允許用戶檢查中間結(jié)果是否正確。使用CONTINUE命令可以繼續(xù)運行被暫停程序。RETURN如果只有一層調(diào)用，用RETURN命令可從批處理模式返回命令交互模式；如果是多層嵌套調(diào)用（即在一個數(shù)據(jù)文件中調(diào)用了另一個數(shù)據(jù)文件），則（被調(diào)用文件中）RETURN的作用為返回上一層數(shù)據(jù)文件中（調(diào)用文件中）CALL命令的下一行。無論用戶是否在數(shù)據(jù)文件的最后一行寫上RETURN命令，每個數(shù)據(jù)文件的最后一行，都默認有RETURN命令。RETURN命令也用于從一個FISH函數(shù)的COMMAND section跳出。PAUSE用于暫停運行數(shù)據(jù)文件，該命令能以下列3種方式中的一種調(diào)用：1) 如果沒有指定任何關(guān)鍵詞，則PFC3D將在遇到PAUSE命令的地方停止運行數(shù)據(jù)文件，并進入命令交互模式，此時用戶可以通過鍵盤輸入命令控制程序（如敲入PLOT ball命令繪制球的圖像）。當敲入CONTINUE命令時，PFC3D將恢復運行數(shù)據(jù)文件；2) 如果指定了關(guān)鍵詞 ，則PFC3D將在遇到PAUSE命令的地方停止運行數(shù)據(jù)文件，并等待用戶按下一個按鍵。當用戶按下任意一個按鍵（鍵除外）時，PFC3D將恢復運行數(shù)據(jù)文件。如果按下鍵，PFC3D將異常中斷所有運行（包括已經(jīng)暫停的任何數(shù)據(jù)文件的運行）并進入命令交互模式。3) 如果指定了關(guān)鍵詞 ， PFC3D將暫停運行數(shù)據(jù)文件t秒，之后再恢復運行。如果按下鍵，PFC3D將異常中斷所有數(shù)據(jù)文件的運行（包括已暫停的任何數(shù)據(jù)文件的運行）并進入命令交互模式(interactive-command mode)；如果按下鍵，則PFC3D將繼續(xù)運行數(shù)據(jù)文件。CONTINUE恢復運行被PAUSE命令暫停的數(shù)據(jù)文件。此時，程序?qū)腜AUSE命令的下一行繼續(xù)運行。NEW清除大部分程序狀態(tài)信息，從而允許用戶不用退出PFC3D軟件就能開始一個新問題的模擬。對于每個啟動命令，都將調(diào)用(或參考？consult)“PFC3D.INI”文件。命令NEW可以清除程序的大部分狀態(tài)信息，如球、壁面、接觸、粘結(jié)等對象都將被刪除，不會影響下個新問題的模擬。但是以下3個狀態(tài)信息不受命令NEW的影響：日志文件(log-file)、反饋模式(echo mode)和隨機數(shù)發(fā)生器的種子(即隨機種子，random-number generator seed)參見命令SET log, echo, random。日志文件仍然打開（如果已經(jīng)打開的話），日志文件名和反饋模式的開關(guān)狀態(tài)不會被命令NEW改變，而且隨機種子不會因為使用命令NEW而重置。除此之外，所有其他的程序狀態(tài)信息（包括所有FISH函數(shù)和變量、歷史記錄histories、表格以及繪圖等）都將丟失！不過這些信息都可以通過SAVE命令保存到文件內(nèi)，以后使用RESTORE命令恢復。另外，也可以編寫FISH函數(shù)將數(shù)據(jù)保存到一個文件內(nèi)，并通過另一個FISH函數(shù)讀出這些數(shù)據(jù)，詳見FISH volume中的2.5.1.6節(jié)：Input-Output FunctionsPARALLELkeyword控制并行處理程序的運行以及拓撲連接的初始說明(controls parallel-processing program operation and the initial specification of the connection topology)。并行處理功能是作為PFC3D軟件的一個可選功能供用戶選用的，Theory and background中5.2.3節(jié)有關(guān)于并行處理的詳細介紹。該命令可應(yīng)用以下關(guān)鍵詞：end當主處理器收到該命令時，所有進程都將歸復獨立運行模式。mastermname從屬進程(slaves)使用該命令將網(wǎng)絡(luò)中名為mname的進程指定為他們的主進程(master process)。numprocessn主進程使用該命令指定參與并行運行的總進程數(shù)。processpn每個進程都需使用該命令給自己分配一個編號。pn必須在0, n-1之間，其中n為總進程數(shù)，編號0特指主進程。start對主進程而言，該命令將所有從鍵盤或文件輸入PFC3D的本地輸入(local input)發(fā)送到所有從屬進程，包括主進程本身。對從屬進程而言，該命令將禁止鍵盤提示(keyboard prompt)，并指示PFC3D接收從主進程發(fā)送的所有輸入信息。FISH語言的并行化以及并行環(huán)境下FISH衍生命令的解釋，在Theory and Background中的5.2.6節(jié)有討論。一些其他命令也使得進程間的通信處于一個更低的水平（詳見Theory and background中5.3節(jié)）。Start命令假設(shè)在其之前已經(jīng)運行了process，numprocess和master等命令，即start命令必須在這些命令運行之后才有效。以下是對并行化運行的注解，更多注解和例子請參考Theory and Background中第5節(jié)。1) 如果有n個處理器，編號為0, 1, , n-1，每個處理器對應(yīng)于一個空間區(qū)域，那么0號則對應(yīng)“最左側(cè)”區(qū)域（least x range橫坐標x最小的區(qū)域），依此類推，相應(yīng)