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特徴PFC2D/PFC3D:2次元/3次元粒状体挙動解析プログラム

高い汎用性

PFC2D/PFC3Dは、多粒子の相互作用によって発生する大変形挙動や破砕挙動を示す試験シミュレーションや数値解析に適用できる個別要素法コードです。適用分野としてホッパー内流動、鉱山の採掘、粉体挙動、動的破壊、地震応答、粒状材料の挙動研究、土質材料の挙動研究などがあげられますが、それらに限らず、様々な分野での利用が可能です。

強力な解析機能

PFCは非平衡挙動現象を安定して解析することができる陽解法を使用しています。 それにより、一般的な有限要素法プログラムでは解くことのできない、非線形的な挙動や物体の局部的な挙動(疲労蓄積や亀裂発生等)のシミュレーションが可能となります。 PFCは、その分野において唯一商業的に販売しているプログラムです。

陽解法と個別要素法(DEM)

 

PFCにおいて、円および球の運動および相互作用は、運動方程式を中央差分による時間進行法によって精度良く求められています。 疑似静的な問題に対しても同じ動的解法が用いられ、物理的に不安定な問題へも適応されます。

陽解法による計算サイクルは、運動方程式と構成則をセットとして順次解いていきます。どちらの方程式でも右辺の値は全て既知であり、そのステップの間は一定とみなされます。従って、計算タイムステップ中、唯一局所的な条件が関係するだけなので、非線形な接触構成関係(脆性破壊のような軟化モデルでさえ)簡単に考慮することが可能です。 非線形構成式を解くために繰り返し計算は必要ではなく、特別なマトリックスを作成する必要もありません。定式化はCundall & Strack(1979)によりなされたものに基づいており、それらに、接着モデルや減衰機構、General Wallと言ったさまざまな機能が追加されています。

力学計算と並行して、粒子間の新しい接触を検知し、粒子が分離した場合は接触を削除するという連続した処理も行われています。 そのアルゴリズムはPFCユーザーには見えず、それらは計算時間をほとんど消費しないように最適化されています。 たとえば、粒子の移動により新しい接触が発生する程度まで接近した時にのみ、接触検知システムが働きます。 全体として、その接触検知処理に要する時間は、粒子の数に比例します。

柔軟なカスタマイズに対応(FISH言語搭載)

効率的な接触判定システム及び陽解法を使用することにより、高速な流動現象から固体の破砕現象まで、様々な範囲にわたるシミュレーションを精度良く高速に行うことが可能です。 PFCの中で使用されている全ての方程式はドキュメント化されています。 ユーザーは強力な内蔵プログラミング言語FISHを使用することにより、ほとんどの内部変数にアクセスすることができます。 このコードはブラックボックスではなく、ユーザーにとって安心な、開かれたソフトウェアになっています。