FLAC 3D简述与使用步骤
FLAC是快速拉格朗日差分分析(Fast Lagrangian Analysisof Continua),相信学过数学都应该听说过(拉格朗日^_^)。它最早由Willkins用于固体力学领域。FLAC 3D程序是美国ITASCA公司的产品,目前已经成为岩土力学计算中的重要数值方法之一。它是对FLAC二维的扩展,广泛应用于边坡稳定性评价、地下洞室、隧道工程、矿山工程、甚至是核废料处理。
优点:
(1)采用混合离散方法模拟材料的屈服或塑型流动特性,比起有限元更合理。
(2)它的求解过程是动态的,能够模拟动态问题。
(3)FLAC 3D是基于显式方法进行求解的,方便求出应力增量。
不足:
1 对于线性问题的求解,FLAC3D比其他有限元程序运行得要慢;但是,当进行大变形非线性问题或模拟实际可能出现不稳定问题时,FLAC3D是最有效的工具。
2 用FLAC3D求解时间取决于最长的自然周期和最短的自然周期之比。
1FLAC 3D 基本术语
Zone: 有限差分单元体,最小的几何区域。它的形状有长方体、椎体、四面体等。
Grid Point:网格节点,连接有限差分单元体的交点。一个单元体由每个节点的坐标确定。
Finite Difference Grid:有限差分网格,由多个单元体组成。可覆盖问题所分析的物理区域。
Model Boundary:模型边界,若网格内部出现孔,其边界称为内部边界。
Boundary Condition:边界条件。它规定对模型边界的约束或者控制条件。
Initial Conditions:初始值。
Constitutive Model:本构模型,模拟单元体的变形或强度的特性。
Null Zone:空单元。
Sub-Grid:子网格。网格可由子网格组成。
Attached Faces:绑定面:是子网格被绑定和连接在一起的面。
Interface:分界面,各类网格的分界面。
Range:范围,用于描述三维空间范围。
Group:组,是唯一命名的一组单元体。用来限制命令的范围。
ID Number:ID号,模型中的任一元素都用ID标识。包括:节点、单元体、表、绘图等。
Structural Element:结构元素,软件中有两种:两节点和三节点。
Step:步,用于控制计算的步数。
Static Solution:静态解。
Unbalance Force:不平衡力。
Dynamic Solution:动态解。
Large Strain/Small Strain:用于指定变形的大小。
2.FLAC程式使用前准备步骤
步骤1:依比例画出所欲分析的资料
在纸上画出地点的位置、地层资料、并简单标示距离及深度资料。
步骤2:换算输入资料成同一单位
将现有地层资料,如 Density, Bulk modulus, Young`s modulus, tension, cohesion, frictionAngle 等资料,换算成同一单位。
附注 :需谨慎检查输入资料的单位,如因单位不同而造成过大或过小的值,将会造成FLAC无法计算,而产生ERROR信息。
步骤3:应用公式简略计算
应用公式或依据经验,简略算出FLAC输出资料的范围,以作为Debug及输出资料分析时验证。
步骤4:建立x, y坐标与node i, j之间的关系
在图上距离及深度的关系,建立x, y坐标系统,再由x, y坐标系统,转换与网格间系,为了便于以后输出资料的分析,故应确实掌握网格的位置及其相对应的x, y 坐标。
建议在敏感区域使用较密的网格,其它地方则使用较疏的网格,刚开始执行程序时,不宜使用网格太大的网格数目,因尽量使网格总数少于1000,以节省时间。
2.FLAC 3D 程序的编写步骤:
1 Config ________
2 Grid ________
3 Model ________
4求起始的应力平衡
(1)建立x, y坐标与网格的关系,建议使用Gen指示:
Gen x1,y1 x2,y2 ,x3,y3 x4,y4 i=i0,i1 j=j0,j1 详细指令参见使用手册,FLAC程式可自动产生x, y 坐标与网格的关系,但由于产生的网格坐标不易控制,将对其它的工作产生负面影响,故依使用前步骤4所建立的关系,将网格依其疏密程度需要的不同,实际控制网格的坐标。
(2)设定材料性质:prop
(3)设定外力:Set Grav, Apply Pressure, inisxx, Syy
(4)设定边界条件:fix, free
(5)求起始的应力平衡:solve
(6)储存:Save
5求工程的影响
求出区域内的应力分布情况后,再依工程的流程及步骤阶段执行各工程进行过程的影响,建议使用以下的步骤:
(1)调出起初的应力平衡:re_____ .sav
(2)设定新的材料性质:model,prop
(3)设定新的支撑性质:struct
(4)设定新的外力
(5)设定边界条件
(6)求工程时的应力平衡
(7)储存
6 后处理