PFC5.0 接触和接触模型-Using the CMAT（上）（翻译自help文件）
介绍
当接触方式形成时，应该安装哪种接触模式?这个问题的答案将决定PFC模型的本构力学行为，是一个基本的问题，并与每个PFC模型的具体情况密切相关。除了建模者，没有人能回答这个问题，PFC本身也不能做出任何通用的假设。相反，PFC将默认使用空模型接触模型，因此，用户需要显式指定每个PFC模型中应该使用哪个接触模型。
在PFC中引入了 Contact Model Assignment Table(CMAT)，以允许用户指定该信息。CMAT是一个非常通用的工具，可以处理内置的联系人模型和用户定义的联系人模型。此外，通过一些命令行，它可以用于构建简单的系统，也可以用于构建复杂的系统(即几种接触模型和/或非均质力学性能)。
本教程说明了CMAT的主要特性以及如何恰当地使用它们。在创建新接触点时，就会查询CMAT，以确定应该在该特定接触点上安装哪个接触模型。
数值模型
本教程中使用的数值模型非常简单。一个容器(以墙为模型)被一堆球填满，并在不同的负载条件下进行循环以使模型达到平衡。
下面的讨论集中在与CMAT相关的特性上。有关模型的其他方面(创建程序集)的更多信息，请参阅教程“Ball in a Box”。
使用默认槽位
正如这里所描述的，CMAT由一组有序的(可选的)插槽以及每个触点类型的默认插槽组成。在许多情况下，整个系统的本构行为是相同的，设置CMAT的默认槽就足够了。
在“cmat1.p2dat”，CMAT的默认槽由线性接触模型填充，法向刚度kn=1.0e6，法向临界阻尼比βn=0.2[3]。这是通过以下命令实现的：
pfc5.0
; set ALL the default slots of the CMAT
cmat default model linear property kn 1e6 dp_nratio 0.2pfc6.0
; set ALL the default slots of the CMAT
contact cmat default model linear property kn 1e6 dp_nratio 0.2注意，除非指定了类型，否则contact cmat default命令将自动应用于所有默认槽。这里构建的系统将包括球-球和球面接触；所有这些触点将使用相同的线性模型kn=1.0e6和βn=0.2。
图1显示了球在重力作用下落在盒子地板上后系统的最终状态。
数据文件“cmat2.P2dat“构建了一个类似于上面的系统，除了使用了两个不同的接触模型而不是一个。球与球之间的接触采用Hertz接触模型，球与壁面之间的接触采用线性接触模型。由于这种区别只基于触点的类型，CMAT的默认槽再次足够了：
pfc5.0
; set different contact models for the ball-ball and ball-facet contact types
cmat default type ball-ball ...
model hertz ...
property hz_shear 30e9 hz_poiss 0.3 ...
fric 0.25 ...
dp_nratio 0.2
cmat default type ball-facet ...
model linear ...
property kn 1e6 dp_nratio 0.2pfc6.0
; set different contact models for the ball-ball and ball-facet contact types
contact cmat default type ball-ball ...
model hertz ...
property hz_shear 30e9 hz_poiss 0.3 ...
fric 0.25 ...
dp_nratio 0.2
contact cmat default type ball-facet ...
model linear ...
property kn 1e6 dp_nratio 0.2图2显示了系统的最终状态;在仿真过程中，对两种不同的接触模型进行了适当的分配。
使用额外的插槽
在数据文件“cmat3.p2dat”的模型中引入了进一步的复杂性。其目的是使用赫兹接触模型来模拟钢球和玻璃球的混合。在这种情况下，创建两组不同的球来代表这两种材料，并在CMAT中注册可选的槽，根据两组接触件的不同，控制赫兹接触模型使用的力学性能。
pfc5.0
contact groupbehavior and
cmat add 1 model hertz ...
property hz_shear 30e9 hz_poiss 0.3 ...
fric 0.25 ...
dp_nratio 0.2 ...
range group glass
cmat add 2 model hertz ...
property hz_shear 70e9 hz_poiss 0.3 ...
fric 0.05 ...
dp_nratio 0.2 ...
range group steel
cmat default type ball-ball ...
model hertz ...
property hz_shear 50e9 hz_poiss 0.3 ...
fric 0.05 ...
dp_nratio 0.2pfc6.0
contact cmat add 1 model hertz ...
property hz_shear 30e9 hz_poiss 0.3 ...
fric 0.25 ...
dp_nratio 0.2 ...
range group 'glass' matches 2
contact cmat add 2 model hertz ...
property hz_shear 70e9 hz_poiss 0.3 ...
fric 0.05 ...
dp_nratio 0.2 ...
range group 'steel' matches 2
contact cmat default type ball-ball ...
model hertz ...
property hz_shear 50e9 hz_poiss 0.3 ...
fric 0.05 ...
dp_nratio 0.2
contact cmat default type ball-facet ...
model linear ...
property kn 1e6 dp_nratio 0.2上面列出的命令定义了三个与球-球接触相关的槽。
- 槽1控制赫兹接触模型的分配，赫兹接触模型的性质与玻璃-玻璃相互作用一致。这是使用玻璃组标识符完成的。
- 槽2控制赫兹接触模型的分配，其特性与钢-钢相互作用一致。这是使用钢组标识符完成的。
- 球-球接触的默认槽控制赫兹接触模型的分配，赫兹接触模型的特性与玻璃钢相互作用一致。
在仿真过程中，只要创建了一个触点，就对CMAT进行如下处理：首先，按索引数递增的顺序访问两个可选槽。然后，如果联系人没有满足任何可选槽的范围，则使用与正在创建的联系人类型对应的默认槽。一旦在当前模型中创建了一个接触点，就会检查CMAT的槽1，根据分配标准(即两个球具有组标识玻璃)来确定是否应该使用相应的接触模型。如果没有满足分配标准，则以类似的方式检查CMAT的槽2。如果访问了CMAT的所有插槽，并且没有确定合适的接触模型，则分配CMAT默认插槽中持有的接触模型。
注意，本示例中使用的范围选择基于为联系片段定义的组。Group逻辑是一个通用实用程序，可用于标识相同模型组件的多个实例。组可以被分配到球、墙和块，以及facet或鹅卵石，甚至接触。然而，根据分配给联系人部分的组而不是使用为联系人本身定义的组来筛选联系人通常是有用的，如本例所示。为此，可以使用group range元素的match关键字。
图3显示了系统的最终状态。球是根据它们的组着色的，而接触是根据剪切模量属性hz_shear的值着色的(只有赫兹模型的接触显示)。在仿真过程中，对不同的接触模型属性进行了适当的分配。
属性继承
上面讨论的示例说明了如何使用CMAT中的可选槽来指定接触模型属性中的异构性。另一种可能是使用属性继承，如下所示。
在接触模型的所有属性中，可以从为接触部分定义的属性中继承受限集。可继承属性集依赖于每个联系人模型的特定实现，每个内置联系人模型描述中包含的properties表包含一列，表明对于每个属性，它是否可以从表面属性继承(请参阅“接触模型框架Contact Model Framework”一节了解更多细节)。在“cmat4.p2dat”，利用赫兹接触模型对剪切模量、泊松比和摩擦系数的继承能力，而不是使用可选的槽在CMAT，其中所有的接触模型属性是指定的，如在“cmat3.p2dat”只指定了CMAT的默认槽位，并且在球上定义了可继承属性。
pfc5.0
cmat default type ball-ball ...
model hertz ...
property dp_nratio 0.2
cmat default type ball-facet ...
model linear ...
property kn 1e6 dp_nratio 0.2
ball property hz_shear 30e9 hz_poiss 0.3 fric 0.25 ...
range group glass
ball property hz_shear 70e9 hz_poiss 0.3 fric 0.05 ...
range group steelpfc6.0
contact cmat default type ball-ball ...
model hertz ...
property dp_nratio 0.2
contact cmat default type ball-facet ...
model linear ...
property kn 1e6 dp_nratio 0.2
ball property 'hz_shear' 30e9 'hz_poiss' 0.3 'fric' 0.25 ...
range group 'glass'
ball property 'hz_shear' 70e9 'hz_poiss' 0.3 'fric' 0.05 ...
range group 'steel'使用上面列出的命令，无论何时在模拟过程中出现联系人：
- 球面接触保持线性刚度kn=10e6、法向临界阻尼比βn=0.2的线性接触模型；
- 赫兹接触模型，法向临界阻尼比βn=0.2，安装在球-球接触处。
每个球-球接触的剪切模量、泊松比和摩擦系数的值在CMAT中没有直接指定。相反，这些属性是在球上定义的，而相应的接触模型属性是在创建接触时从球属性派生出来的。关于从赫兹接触模型的块属性推导接触模型属性的详细信息，请参阅赫兹模型属性继承部分。
实际上，得到的PFC模型(如图4所示)与前面讨论的模型(图3)相同，但是在当前的模型中，只使用了CMAT的默认槽。在本例中，属性继承用于派生接触模型属性。注意，对于所有的球-球接触，法向临界阻尼比的值被设置为相同的。由于这个稍后的属性不能从块属性继承，如果根据接触球的组使用不同的值，CMAT中的可选槽将是必需的。
