flac3d5.0结构单元教程

.,FLAC3D5.0培训日程安排,FLAC3DV5.0界面操作FLAC3D基本操作方法vs应用流程；FLAC3D内置Fish语言的应用；FLAC3D结构单元vs接触单元；FLAC3D渗流模块其他,.,StructuralElement,.,FLAC3D结构单元,结构单元的类型结构单元的建模方法结构单元的参数取值结构单元实例分析关于link,.,FLAC3D中包含六种形式的结构单元，可以分成两类：线型结构单元：梁单元(beam)锚索单元(cable)桩单元(pile)壳型结构单元：壳单元(shell)土工格栅(geogrid)衬砌单元(liner),FLAC3D中的结构单元是岩土工程中实际结构的一种“抽象”，即采用简单的单元形式来模拟复杂的结构体。结构单元由结构节点(node)和结构构件(SELs)构成。结构单元中的节点(node)可以与周围的实体网格(zone)或其它结构节点建立连接(link)，通过连接实现岩土体或结构与其它结构发生相互作用。注意：结构节点并不是简单地与实体网格的节点(gridpoint)建立联系，也不能建立node与gridpoint之间的link,1、结构单元的类型,.,梁单元selbeamid1beg40-1end50-2nseg4selnodeid=1000selnodeid=2200selnodeid=340-1selnodeid=450-2selbeamselcid=1id=1node12;selbeamselcid=2id=1node23selbeamselcid=3id=1node34桩单元selpileid1beg000end0010nseg4,2、结构单元的建模方法,两种建模方式各有各的优点，第二种方式适合建立复杂曲线结构单元（但是要注意它不会自动建立link！若不手动link就无任何作用）,.,锚索单元selcableid1beg40-1end50-2nseg4,2、结构单元的建模方法,.,建立梁单元，并显示单元坐标系！,2、结构单元的建模方法线型结构单元,起始点坐标并给定分段数目的方法；,.,ID号相同，共用Node，ID不同，各个ID对应的结构单元有各自独立的node。除非设置联系，否则即使节点位于同一位置也不会传递力。,结构单元的显示！GUI操作和命令操作（manual）！调整好显示效果后可以将显示的命令文件另存出来，以备下次使用。（最适用于几何模型相同，参数不同的，不同工况分析的比较）,2、结构单元的建模方法线型结构单元,.,先建立节点再联接成单元的方法；,2、结构单元的建模方法线型结构单元,.,壳单元,2、结构单元的建模方法壳型结构单元,.,defset_valsglobalptA=25.0*sin(40.0*degrad);globalptB=25.0*cos(40.0*degrad)endset_valsgeneratezonecylinderp0=(0.0,0.0,0.0)deleteallzonesselnodeinitzposadd-25.0,2、结构单元的建模方法壳型结构单元,.,通过附着在实体网格表面来生成shell单元。,TheshellscanthenberepositionedifecessarybyusingtheSELnodeinitcommand,2、结构单元的建模方法壳型结构单元,.,FLAC3D是岩土工程的专业软件，因此一般很少用来做专门的结构分析。在涉及到结构单元的问题中，往往都要考虑结构与周围的实体单元的相互作用。在结构单元的建模时要特别注意一个基本原则：一个zone至多包含一个structurenode!因此在建立线型结构单元时，要特别注意nseg变量的大小。nseg太小则会导致计算不精确，而太大就会违反结构单元建模的基本原则。,2、结构单元的建模方法注意事项,.,梁单元emod弹性模量，Enu泊松比，xcarea横截面积，Axciy梁结构y轴惯性矩,Iyxciz梁结构z轴惯性矩，Ixxcij极惯性矩，Jdensity密度，pmoment塑性矩，Mpthexp热膨胀系数，tydirection矢量Y,锚索单元emod弹性模量，Excarea横截面积，Agr_coh单位长度上水泥浆粘结力cggr_fric水泥浆的摩擦角ggr_k单位长度上水泥浆刚度kggr_per水泥浆外圈周长Pgslide大变形滑动标志slide_tol大变形滑动容差ycomp抗压强度(力)density密度thexp热膨胀系数,3、结构单元的参数取值,.,3、结构单元的参数取值,某些结构单元参数的取值要视具体情况而定，根据经验且必要时调整参数通过试算来确定。,.,4、结构单元实例分析,4.1、简支梁（beam单元）承受两个相等集中载荷4.2、简支梁（shell单元）承受两个相等集中载荷,.,SimpleBeamTwoEqualConcentratedLoads,4.1、简支梁（beam单元）承受两个相等集中载荷,.,Asimplysupportedbeamisloadedbytwoequalconcentratedloads,symmetricallyplacedasshowninFigure1.9.Theshearandmomentdiagramsforthisconfigurationarealsoshowninthefigure.Theshearforcemagnitude,V,isequaltotheappliedconcentratedload,P.Themaximummoment,Mmax,occursbetweenthetwoloadsandisequaltoPa.Themaximumdeflectionofthebeam,max,occursatthecenterandisgivenbyAISC(1980,p.2-116)as,4.1、简支梁（beam单元）承受两个相等集中载荷,.,根据理论公式计算得到：,4.1、简支梁（beam单元）承受两个相等集中载荷,.,newtitleSimpleBeam-TwoEqualConcentratedLoadsSymmetricallyPlaced;=;Createthegrid,insurethatnodeswillexistatthirdpoints.selbeamid=1begin=(0,0,0)end=(3,0,0)nseg=3selbeamid=1begin=(3,0,0)end=(6,0,0)nseg=4selbeamid=1begin=(6,0,0)end=(9,0,0)nseg=3;=;Assignbeampropertiesselbeamid=1propemod=2e11nu=0.30,4.1、简支梁（beam单元）承受两个相等集中载荷,.,;=;Setuphistoriesformonitoringbehavior.historyaddid=10selnodeydispid=7historyaddid=30selbeamselmomentmzend2cid=1;moment,rightofSEL-1historyaddid=31selbeamselmomentmzend1cid=2;moment,leftofSEL-2;=;Bringtheproblemtoequilibriumsolveratio=1e-7saveequal-concent-loads;=;Printoutbeamresponses.listselbeamforcelistselbeammomentlistselnodedisprangeid=7return,4.1、简支梁（beam单元）承受两个相等集中载荷,如何设置结构单元的跟踪变量！,.,Beam_concent_loads_Example1.3,4.1、简支梁（beam单元）承受两个相等集中载荷,.,挠度计算,4.1、简支梁（beam单元）承受两个相等集中载荷,.,剪力、弯矩计算,.,剪力、弯矩计算,这是节点力！,.,.,梁单元局部坐标系：x轴从节点1到节点2，y轴在横截面中,4.1、简支梁（beam单元）承受两个相等集中载荷,.,弯矩矢量的指向，右手法则！,4.1、简支梁（beam单元）承受两个相等集中载荷,.,Listselbeamnodalforces:componentsaredisplayedintermsofthebeamlocalcoordinatesystems.ThesearetheforcesexertedbythenodesonthebeamSEL.,小结：梁单元的常用命令,4.1、简支梁（beam单元）承受两个相等集中载荷,historyselbeamsel,cid怎么找？（坐标or鼠标information？）,.,sel,Selnode命令针对所有的结构单元,.,Selnodefixkeyword.,.,newtitleSimpleBeam(modeledusingshellSELs)genzonebricksize12,3,1innds,rt.,将均布载荷转换为等效节点力,4.2、简支梁（shell单元）承受两个相等集中载荷,.,historyaddid=1unbalhistoryaddid=10selnodeydispid=19;displatcenter;moment,leftthirdhistoryaddid=20selrecoversresMxsurfX1,0,0cid=59;shear,leftthirdhistoryaddid=30selrecoversresQxsurfX1,0,0cid=59solveratio=1e-7listselnodedisprangeid=19saveshell0return,4.2、简支梁（shell单元）承受两个相等集中载荷,.,4.2、简支梁（shell单元）承受两个相等集中载荷,.,selshellid=1elemtype=cstrangey-0.10.1;no-crossdiag,selshellid=1crossdiagelemtype=dktrangey-0.10.1,Crossdiagvsno-crossdiag,4.2、简支梁（shell单元）承受两个相等集中载荷,.,局部坐标系！看弯矩到底应该看哪一个？,.,4.2、简支梁（shell单元）承受两个相等集中载荷,.,4.2、简支梁（shell单元）承受两个相等集中载荷,.,.,4.2、简支梁（shell单元）承受两个相等集中载荷,.,surfXXxXyXzThesurfxvector(Xx,Xy,Xz)enablesasurfacecoordinatesystemtobegeneratedforallnodesusedbytheshell-typeSELsintheoptionalrange.Thesurfacecoordinatesystem,xyz,hasthefollowingproperties:(1)zisnormaltothesurface;(2)xistheprojectionofthegivensurfxvectorontothesurface;and(3)yisorthogonaltoxandz.Thez-directionisfoundateachnodebytakingtheaveragenormaldirectionofallshell-typeSELsintherange.Ifthesurfxvectorisalignedatzatanynode,thenprocessingstopsandanerrormessageisdisplayed.Toproceed,designateadifferentsurfxvector,orrestricttherangeofshell-typeSELsconsidered.ThesurfacecoordinatesystemcanbequeriedwiththecommandLISTselrecoversurfaceandtheFISHfunctionnd_ssys.ItcanalsobesetforanindividualnodewiththeFISHfunctionnd_ssysx.Itcanbevisualizedwiththeselgeometryplotitembysettingthesystemtypeswitchword.ThevalidityofthesurfacesystemataparticularnodecanbequeriedwiththeFISHfunctionnd_svalid.Thesurfacesystematanodeautomaticallybecomesinvalidunderthefollowingconditions:(1)large-strainupdate;or(2)creationordeletionofashell-typeSELthatusesthenode.ValiditymustbereestablishedwiththeSELrecoversurfacecommand.,SelRecoverkeyword,.,5、关于link,两种：Node-ZoneNode-Node,.,创建一个新的link，link的源节点为sid，而联接目标为node或zone。Id为新link的ID号。Sid是已经存在的节点（作为源节点）的ID号，可选关键字target用于确定目标对象（node或zone）。默认的目标对象为zone。对于zone目标对象，如果tid没有定义，将会使用与源节点距离在delta范围内的非空zone；否则，如果tid定义了，如果该tid所指示的单元为非空zone，且该zone的边界距离在delta之内，就会建立link。对于node目标对象，tid就必须定义了，且两个节点必须彼此很靠近。由delta确定。如果不能确定源和目标对象，就会报错，且该命令不会对模型产生任何作用。新link的attachment条件设置为6个自由度均为“rigid”。Side1，side2关键字对于确定嵌入式liner的哪个面上产生link。,sel,可选参数与必选参数！,.,5、关于link,以预应力锚杆的托盘模拟为例selcableid=1beg0,0,0end0,29,0nseg10selcableid=1beg0,29,0end0,35,0nseg6selcableid=1propemod2e10ytension310e3xcarea0.0004906CreateBasegenzonebricksize333Lowertoptocompletegeometryinizposadd-1.0rangegroupTop,.,2、接触面建立方法So-called“倒来倒去法”,我们最终的目的就是在中心小块体与外围网格之间建立接触面。分开建立网格建立inner网格及其表面的Interface导入外围mesh赋予材料属性，测试接触面是否发生了作用。,.,小练习：三种建立接触面的方法计算结果是否相同（只要接触面有响应，肯定是相同的！）如果将接触面建立在外部网格的内表面，然后移入小块体，结果是否相同呢？不加接触面跟加了接触面，模型的响应（位移、应力）有何区别？,NrangeExample-7.1unionnrange,.,3、切割模型的方法实际上是分离连续网格（原来网格连续，通过共用节点（GridPoint）传递力，分离后通过接触面来传递。,genzonebricksize333groupzoneinnerrangex12y12z23groupzoneoutrangegroupinnernotgenerateseparatefacegroupaarangegroupinnergroupout;verydifferentfromoldversioninterface1wrapfirstgroupinner;secondgroupout;interface1permeabilityoninterface1maxedge0.5,.,Wrapfirstkeyword.secondkeyword.Interfaceelementsarecreatedonallzonefacesbelongingtotherangespecifiedafterthekeywordfirst.Thetokensfollowingfirstarearangedescriptorasthoughnormallyusedfollowingarangekeyword.Optionally,asecondrangemaybegivenfollowingthesecondkeyword.Interfaceelementsarecreatedalongthezoneboundarybetweenthefirstandsecondranges.Ifnosecondrangeisgiven,thedefaultsecondrangeistheentiremodel,indicatingthattheentireboundaryoffirstrangewillbeused.Notethatforaninterfaceelementtobecreated,anexactmatchmustexistbetweengridpointsinspaceoneithersideoftheboundary,althoughthefacesthemselvesdonothavetomatchexactly.Toseparateonegroupfromanother,seetheGENERATEseparatecommand.Forexample,thefollowingcommandwouldfindthetwinnedfacesbetweengrouprockandgroupsoil,andputinterfaceelementsontherockfaces.Oerface1wrapfirstgrouprocksecondgroupsoilrangex50.075.0,接触面建立在第1个类组上面，若不指定第2个类组，就默认第2个类组为整个模型，边界面为整个第1个类组的表面。,.,GenerateSeparateZonesseparatefacekeywordseparates(unmerges)theinternalfacesspecifiedbytherange.Thegridpointsofthefaceareduplicated,andanewsurfacefaceiscreated.Newfacesandgridpointsgetcopiesofallgroupandextravariableassignmentsbelongingtotheoriginalfaceandgridpoint.Notethatfacesmayberestrictedbygivingtwogrouprangeelements,thereforeindicatingthatthefacemustbeonthesurfaceofthefirstandthesecondgroup.Forinstance,ifFredandGeorgearegroupnamesassignedtozones,thenrangegroupFredgroupGeorge;生成的应该是一个共享面willselectfacesthatareconnectedtobothFredandGeorge.Alsonotethatfacescanbeselectedbygroupdirectly.（此外，face也可以通过group直接选中）Thefollowingkeywordscanbeusedtoaffectthebehavior产生由range定义的内部face。面上的节点复制，并创建新的表面。,.,Thefollowingkeywordscanbeusedtoaffectthebehavior.ClearattachBydefault,anerroroccursifanygridpointthathasanattachconditionassociatedwithitisfoundamongthosetobeseparated.However,iftheclearattachkeywordissupplied,thentheseparationofgridpointswilloccurregardless.Inaddition,FLAC3Dwillremoveanyattachconditionsconnectedtogridpointsaffected.GroupnameNewlycreatedfaceswillbeassignedthegroupnamenameinthespecifiedslot.Thedefaultslotis1.Ifaddisspecified,thenamewillbeaddedtothefirstavailableslot.FLAC3Ddetermineswhichfacewillbenewandwhichonewillbeoldbyusingtheoriginkeyword.originxyzspecifiesalocationinspaceusedtodeterminenewversusoldfaceassignments.Ifthevectorfromtheorigintothefacecentroidisinthesamedirectionastheoutwardfacenormal,itistheoldface.Ifitisintheoppositedirection,thenitisnew,andthegroupnamespecifiedisassigned.Bydefault,theoriginis(0,0,0).如果从origin指向面中心的向量与面的外法线方向相同，那么就作为old面。,.,检验是否分离开了网格并形成了接触面？,.,新版本中的Facegroup法,;selectasregionaljoiningBaseandTopgroupfaceInterfaceinternalrangegroupBasegroupTop;SeparateInterfacefaces,callingthenewwlycreatedfacesNewFacesgenseparatefaceorigin(0,0,0)groupNewFacesrangegroupInterface;Createinterfaceelementsonthetopsurfaceofthebaseinterface1facerangegroupInterface,.,.,实例BinFlowSlip,;AssigngroupnamestofacesthatwillbecomeinterfacesgroupfaceInt1internalrangegroupMaterialgroupBin.planeorig(0,0,0)normal(1,-1,0)abovegroupfaceInt2internalrangegroupMaterialgroupBin.planeorig(0,0,0)normal(1,-1,0)below;Separatethosefaces,givingnewlycreatedsurfacefacesanewgroupnamegenseparatefaceorigin(0,0,0)groupNewFacesrangegroupInt1orInt2;CreatedinterfacesonInt1andInt2facesinterface1facerangegroupInt1interface2facerangegroupInt2;Subdivideinterfaceelementsalittleforbettercontactdetectionint1maxedge0.55int2maxedge0.55,.,1.FLAC3D基本操作方法,.,1.FLAC3D基本操作方法,软件界面,FLAC3D5.00软件界面,.,1.FLAC3D基本操作方法,软件界面,FLAC3D5.00软件界面,.,1.FLAC3D基本操作方法,命令流操作方法,newgenzonebricksize666,在利用FLAC3D软件进行数值模拟时，主要是通过命令流来实现的。命令流文件一般以txt或dat格式存储，并在命令输入窗口、菜单栏或快捷图标通过call命令进行调用。,FLAC3D命令流文件需要遵循一定的格式和语法要求，在满足这些要求的前提下，命令流文件的编写又是十分自由灵活的，可根据用户个人的需求自由编写。,.,1.FLAC3D基本操作方法,数值计算一般流程,建立模型通过外部导入或在FLAC3D中直接建模的方式建立计算模型。材料参数材料本构材料力学参数边界条件及初始条件速度边界应力边界水头边界,.,1.FLAC3D基本操作方法,建立模型在FLAC3D中，模型的建立通过关键词generate来实现，其基本格式为：genkeywords1keywords2keywords3Forexample:genzonebricksize666p0000p1600p2060p3006p4660p5066p6606p7006(ratio111)(dim222)(fill),.,1.FLAC3D基本操作方法,建立模型FLAC3D建模的基本思路为“堆积木”，即首先建立各种形状的网格单元，最后将建立的网格单元组合在一起，生成可用于数值计算的整体模型。FLAC3D内置13种不同形状的网格，包括brick(砖形),cshell(圆柱状壳网格),cylinder(圆柱状网格),cylint(圆柱状交叉网格),dbrick(退化砖形网格),pyramid(锥形网格),radbrick(砖形辐射网格),radcylinder(圆柱状辐射网格),radtunnel(平行六边形状辐射网格),retrahedron(辐射网格),tunint(砖形交叉网格),uwedge(均匀楔形网格),wedge(楔形网格).,.,1.FLAC3D基本操作方法,网格形状,.,1.FLAC3D基本操作方法,brick,genzonebricksize688plotzone,.,1.FLAC3D基本操作方法,dbrick,genzonedbricksize666p0000p1600p2060p3006p4660p5066p6606plotzone,.,1.FLAC3D基本操作方法,wedge,genzonewedgesize668p0000p1600p2060p3006plotzone,.,1.FLAC3D基本操作方法,uwedge,genzoneuwedgesize666p0000p1600p2060p3006plotzone,.,1.FLAC3D基本操作方法,pyramid,genzonepyramidsize666p0000p1600p2060p3006p4660plotzone,.,1.FLAC3D基本操作方法,tetrahedron,genzonetetrahedronsize666p0000p1600p2060p3006plotzone,.,1.FLAC3D基本操作方法,cylinder,genzonecylsize6410p0000p1600p2060p3006plotzone,.,1.FLAC3D基本操作方法,radbrick,genzoneradbricksize3336p0000p1600p2060p3006dim242ratio1111.2(fill)plotzone,.,1.FLAC3D基本操作方法,radcylinder,genzoneradcylindersize66612p0000p1600p2060p3006dim2222ratio1111.2(fill)plotzone,.,1.FLAC3D基本操作方法,通过对称生成网格,genzoneradbrick.p0(0,0,0)p1(10,0,0)p2(0,10,0)p3(0,0,10).size3,5,5,7.ratio1,1,1,1.5.dim142fillgenzonereflectdip0dd90genzonereflectdip90dd90plotzone,.,1.FLAC3D基本操作方法,生成渐变网格,genzonebricksize101010p0000定义函数名;函数语句end;函数结束的标志Fish函数举例deffuncb=10a=b+10endfuncprinta,.,2.Fish函数,Fish函数与变量对于Fish函数和变量需要注意一下几点：函数和变量的赋值遵循数据类型的法则；变量和函数名的命名规则不能以数字开头，不能含有中文，不能含有下列字符：.,*/+-=#();“”变量和函数名不能与FLAC3D,FISH保留字相冲突；对变量赋值时，不能将当前函数的函数名放在“=”右边，这样会形成递归调用；变量和函数名是全局的；对FISH函数和变量的引用和通过如下命令来实现：PRINT用于查看函数和变量的数值HISTORY可对函数和变量的数值进行记录SET可对变量进行赋值,.,2.Fish函数,Fish函数数据类型整型：-2147483648-2147483648浮点型：10-30010300字符型：以()为分界符，常用于保存时文件名的定义指针型：表示单元和节点的存储地址,.,2.Fish函数,Fish函数语句,选择语句CASEOF表达式默认语句CASEn1表达式值为n1时的语句CASEn2表达式值为n2时的语句ENDCASE,条件语句IF条件表达式ENDIF注：IF语句内部可继续嵌套条件语句,循环语句LOOPvar(exp1,exp2)ENDLOOP或LOOPWHILE条件表达式ENDLOOP,命令语句COMMANDENDCOMMAND,.,2.Fish函数,单元遍历和节点遍历基本变量zone_head和gp_head:分别表示单元和节点的头指针z_next()和gp_next:分别表示下一个单元（节点）,单元遍历程序框架：p_z=zone_headloopwhilep_z#null;语句p_z=z_next(p_z)endloop,节点遍历程序框架：p_gp=gp_headloopwhilep_z#null;语句p_gp=z_next(p_gp)endloop,.,3FLAC3D数值模拟计算实例,.,3.FLAC3D数值模拟计算实例,洞室模型的生成基坑开挖过程模拟路基施工过程模拟荷载引起地基土体的超孔隙水压力模拟边坡安全系数求解隧道开挖及支护模拟矿体开挖回填模拟具有自由水面的稳定流,.,洞室模型的生成,3.FLAC3D数值模拟计算实例,.,洞室模型的生成,3.FLAC3D数值模拟计算实例,genzoneradcylindersize5202015p000615p1add3000p2add0500.p3add0030p4add30500p5add05030.p6add30030p7add305030.dim10101010ratio1111.25group1genzonebricksize152015p0100600p1add200-25p2add0500.p3add0015p4add2050-25p5add05015.p6add20015p7add205015.ratio1.2511group2genzonebricksize202015p000575p1add3000p2add0500.p3add0025p4add30500p5add05025.p6add10025p7add105025.ratio110.8group3genzonereflectorig000norm100,.,洞室模型的生成,3.FLAC3D数值模拟计算实例,.,基坑开挖过程模拟,力学参数,计算模型及监测点布置,3.FLAC3D数值模拟计算实例,.,基坑开挖过程模拟,各开挖步下最大主应力分布,3.FLAC3D数值模拟计算实例,.,基坑开挖过程模拟,监测节点位移及总体位移响应,3.FLAC3D数值模拟计算实例,.,路基施工过程模拟,几何边界,计算模型,土层物理力学参数,A,B,3.FLAC3D数值模拟计算实例,.,路基施工过程模拟,路基回填过程中铅直向应力云图,3.FLAC3D数值模拟计算实例,.,路基施工过程模拟,监测点z向位移,监测点z向位移,填筑结束时沉降云图,填筑结束时水平位移云图,3.FLAC3D数值模拟计算实例,.,荷载引起地基土体的超孔隙水压力模拟,力学参数,几何边界,3.FLAC3D数值模拟计算实例,.,荷载引起地基土体的超孔隙水压力模拟缓慢加载deframpstress=min(1.0,float(step)/200.0)endrampapplynstress=-40e3histstressrangex-.1