颗粒流程序PFC的全称是Particle Flow Code,是基于细观非连续力学理论开发,研究的介质材料主要分为散体材料和黏结材料,适用于研究材料宏-细观力学特性、颗粒集合体的变形和流动破坏过程、固体材料(岩块等)破裂和破裂扩展等,可以同时考虑流体、动力荷载等复杂力学条件。由美国
Itasca公司开发,有二维(
PFC2D)和
三维(PFC3D)两种,该软件属于
离散元(
DEM)范畴。
与
连续介质力学方法不同的是,PFC试图从
微观结构角度研究介质的力学特性和行为。简单地说,介质的基本构成为颗粒(
particle),可以增加、也可以不增加“水泥”粘结,介质的
宏观力学特性如本构决定于颗粒和粘结的几何和力学特性。形象地,这与国内80年代岩石力学界比较流行的实验室“地质
力学模型”试验很相似,该试验中往往是用砂(颗粒)和石膏(
粘结剂)混合、按照
相似理论来模拟岩体的力学特性。
PFC中的颗粒为刚性颗粒,但在力学关系上允许重叠,以模拟颗粒之间的
接触力。颗粒之间的力学关系非常简单,即
牛顿第二定律。颗粒之间的接触破坏可以为剪切和张开两种形式,当介质中颗粒间的接触关系(如断开)发生变化时,介质的宏观力学特性可以经历从峰前线性到峰后非线性的转化,即介质内颗粒接触状态的变化决定了介质的
本构关系。因此,在PFC计算中不需要给材料定理宏观本构关系和对应的参数,这些传统的力学特性和参数通过程序自动获得,而定义它们的是颗粒和水泥的几何和力学参数,如
颗粒级配、刚度、
摩擦力、粘结
介质强度等微力学参数。