مهندسی ژئوتکنیک و مهندسی خاک و پی

مقدمه
نرم افزار PFC2D حركت و اندركنش ذرات مدور را با استفاده از روش المان مجزا (DEM) مدل م ي كند. از كاربردها ي اصلي ا ين روش مي توان به ابزاري برا ي انجام تحقيقات بر روي رفتار مواد دانه اي اشاره كرد.
مسائل فيزيكي كه در ارتباط با حركت و اندركنش ذرات ميباشد، به طور مستقيم قابليت مدل سازي با استفاده از نرم افزارPFC2D را دارد . همچنين ا ين نرم افزار قادر خواهد بود ذرات با اشكال دلخواه را با استفاده از اتصال دو يا چند ذره به يكديگر را بسازد آن چنان كه هر گروه از ذرات به عنوان يك شي مستقل عمل كنند . همچنين نرم افزارPFC2D قادر خواهد بود يك جسم شكننده را با اتصال ذرات به هم مدل نمايد به طوري كه مجموعه نتايج را مي توان به عنوان جسم جامد ي با مشخصا ت الاستيك با قابليت شكست در صورت افزايش نيروي پيوند بين ذرات در نظر گرفت . نرم افزارPFC2D داراي قابليت مدل ساز ي توده جامد به عنوان مجموعه اي از ذرات به هم پيوسته مي باشد. توده جامد را مي توان به صورت همگن و يا شامل تعدادي ناحيه يا بلوك مجزا در نظر گرفت . اين نوع از سيستمها ي فيزيكي را مي توان با استفاده از برنامه هاي اجزاء منفصل UDEC و 3DEC  كه در ارتباط با بلوك هاي گوشه دار هستند، مدل نمود . به هر جهت، نرم افزارPFC2D سه مزيت دارد. اول اين كه جستجوي تماس بين ذرات مدور(كروي( بسيار ساد ه تر از آشكارسازي تماس بين ذرات گوشه دار است؛ در وحله دوم به طور ذاتي محدود يتي برا ي دامنه جابجا يي مدل وجو د ندارد؛  و  سوم اين كه قابليت شكست برا ي بلوكها وجود دارد (زمانيكه متشكل از ذرات به هم پيوسته مي باشند)، برخلاف بلوك هاي مدل شده با نرم افزارها ي3DEC  و  UDECكه نمي توانند بشكنند . اشكال مدل سازي سيستم بلوك باPFC2D عدم مسطح بودن شرا يط مرزي بلو كها م يباشد.
مشخصات هندسي، خواص و شرا يط حل در نرم افزار PFC2D همانند برنامه ها ي  FLAC و UDEC آسان ن يست. به عنوان مثال با يك برنامه پيوسته، يك شبكه بندي هندسي تشكيل مي شود، تنش هاي اوليه مستقر مي گردند و شرا يط مرز ي شامل گيردار يا آزاد در نظر گرفته مي شود. در يك برنامه ذره اي همچون PFC2D حالت تراكم را نمي توان از پيش تعيين نمود، زمانيكه راه واحد ي برا ي متراكم كردن تعداد ذرات در داخل حجم داده شده نباشد .
روند مشابه سازي تراكم فيزيكي تا رسيدن به تخلخل مورد نياز بايد پيگيري شود . زمانيكه نيروهاي تماسي ناشي از موقعيت هاي نسبي ذرات است ، شرايط تنش هاي اوليه را نمي توان به طور مستقل از تراكم اوليه به دست آورد . در نهايت تنظيم شرا يط مرز ي بسيار پيچيده تر از برنامه هاي پيوسته مي باشد زيرا شرايط مرزي داراي سطوح مسطحي نميباشد . بيشترين مشكل زماني نمود پيدا مي كند كه لازم باشد رفتار توده شبيه سازي شده ( شامل ذرات به هم پيوسته)  را با توده واقعي آزما يش شده در آزما يشگاه، مقا يسه نمود . تا اندازه اي ا ين موضوع به صورت روند سعي و خطا خواهد بود زيرا تئور ي كاملي كه بتواند رفتار ماكروسكوپي را از خواص و هندسه ميكروسكوپي تخم ين بزند، وجود ندارد . بايد پذ يرفت كه بعضي از مدل سازي ها به دليل اعمال محدوديت هاي دانش موجود، مشكل خواهد بود . به هر جهت با انجام آزما يش هايي توسط نرم افزار PFC2D قادر خواه يم بود كه به بعضي از اصول مكانيك جامدات به خصوص در مكانيك شكست دست يابيم.
از نرم افزار PFC2D مي توان برا ي مدل سازي مسائل استاتيكي و ديناميكي استفاده نمود .مدل سازي با PFC2D شامل اجراي هزاران گام زماني مي باشد. در هر گام، قانون دوم نيوتن (شتاب x جرم = نیرو) براي هر ذره و دو بار انتگرال گيري تا دستيابي به سرعت ها و موقعيت هاي جديد انجام مي شود و مجموعه اي از نيروهاي تماسي موثر بر ذره را ارائه مي گردد. براساس موقعيت جديد ذره، نيروهاي تماسي از جابجايي نسبي جفت ذرات به دست مي آيد؛ براي نيروهاي تماسي مي توان قانون نيرو -جابجايي خطي يا غيرخطي درنظرگرفت.