rfpa系统介绍PPT课件

，岩石细观统计损伤模型，岩石断裂过程数值试验，主讲人：谭志宏，第一部分RFPA系统概述，第二部分RFPA系统基本原理，第三部分RFPA基础研究问题，第四部分rfpa基础软件平台介绍，第五部分工程实例模拟演示，主要内容，第一，RFPA系统概述，RFPA系统概述，rfpa是现实失效过程分析的简称。它是一种基于有限元应力分析和统计损伤理论的材料断裂过程分析的数值计算方法，是一种能够模拟材料渐进断裂至失稳全过程的数值试验工具。这种方法的一个重要特点是考虑了材料特性的不均匀性。它是一种新的材料断裂过程分析的数值分析方法，通过非均匀性模拟非线性，通过连续介质力学模拟不连续介质力学。岩石力学包括广义上的岩石破坏。岩石的非线性变形是由加载过程中岩石中不断出现的细小裂纹引起的。这种微裂缝的不断发展将导致最终的宏观裂缝。虽然一般的有限元方法可以模拟所展示的非线性变形，但它只是宏观层面上的一种“相似形状”，不能模拟岩石变形过程中的微破裂过程，因此不能达到“精神上的相似”。为了解决岩石断裂过程的分析，采用有限元法、有限差分法、边界元法和离散元法等数值模拟方法，综合解决复杂的岩土工程问题，如岩石材料的非线性问题、岩体中节理、裂隙等不连续面对分析计算的影响等。1995年，软件系统创始人唐春安教授提出了一种新的数值模拟方法RFPA法，该方法以有限元基本理论为基础，充分考虑了岩石破裂过程的非线性、非均匀性和各向异性的特点，即真实破裂过程的分析方法。概述RFPA系统，RFPA方法的要点，以及将材料非均质性参数引入计算单元。宏观损伤是单位损伤的累积过程。认为单元的性质为弹脆或弹塑性，单元的弹性模量和强度等其他参数服从一定的分布，如正态分布、韦伯分布、均匀分布等。据信，当元件的应力达到失效标准时，就会发生失效，失效元件的刚度会降低。因此，物理非线性介质问题可以用连续介质力学方法来处理。认为岩石的损伤量和声发射与损伤单元的数量成正比。RFPA系统RFPA的基本原理是一个岩石断裂过程分析系统，它以弹性力学为应力分析工具，以弹性损伤理论及其修正的库仑破坏准则为介质变形和破坏分析模块。其基本思想是：将岩石介质模型离散成由介观元素组成的数值模型，岩石介质是介观层次上的各向同性弹脆性介质；假设离散化介观单元的力学性质服从某种统计分布规律(本书引入了韦伯分布)，建立了介观力学性质和宏观力学性质之间的关系。根据弹性力学基本单元的线弹性应力应变求解方法，分析了模型的应力应变状态。RFPA使用线弹性有限元法作为应力计算器。引入适当的基本破坏准则(相变准则)和损伤准则，基本相变临界点采用修正的库仑准则和带拉伸截断的库仑准则。随着进化的发展，基本元素的力学性质是不可逆的。基本相变前后都是线性弹性体；岩石介质中的裂纹扩展是一个准静态过程，忽略了快速扩展引起的惯性力的影响。从提高计算速度的角度来看，获得较大的单元自然更合适，但较大的单元不仅不能反映细观非均匀性的力学性质，这使得模型不能很好地反映工程实际细胞大小的划分标准：根据精确度，细胞越小越好？不一定！众所周知，在断裂力学中，为了便于数学处理，裂纹的两端被假定为无穷小的尖端。然而，根据这一假设，计算出的裂纹尖端拉伸应力是无限的。这是什么意思？这意味着只要给定一个有限值，裂纹就会迅速扩展，这显然与实际情况不符。这一错误结论的原因是，在真实介质中，尤其是岩石介质中，裂纹尖端实际上具有一定的尺度。这个尺度与介质的基本介观性质有关，我们称之为介质的介观特征尺度。因此，细胞大小的划分标准是：只要数值模型中的细胞大小能够反映或基本反映这一介观特征尺度，那么模型中的细胞大小是合理的或基本合理的。非均匀介质元素的划分标准。基本元素的介绍，微力学的观点；宏观行为的演变反映在细观单元变形和破坏的个体行为的积累上，这为研究介质变形和破裂的宏观行为提供了一种新的途径。所谓的基本元素是构成介质的基本中尺度元素，是能够代表介质物理和机械特性的最小元素。元素是研究中裂缝最基本的单位。断裂是元素的断裂，没有比元素更小的损伤。在岩石破裂过程分析的RPFA系统中，为了充分考虑介质力学性质的不均匀性和这种不均匀性引起的变形和破裂过程的复杂性，我们引入了三个特征元素，即矩阵元素、空气元素和接触元素。嘿。三种形式的基元，矩阵基元；这意味着模型中图元的当前功能是固体介质。其性能由岩石的本构关系来描述。空气元件；这意味着模型中图元的当前功能是虚拟体。当单元介质在拉伸应力下破裂时，形成破裂表面。就断裂面的物理性质而言，也就是说，应力的传递是不连续的或中断的。解决这个问题的常用数值方法是分离单元中的节点或从模型中移除单元。然而，这样做的结果使得模型的数学处理极其复杂，并且通常不适用于多裂纹，尤其是相互交叉的多裂纹。RFPA系统采用的裂纹处理方法是空气元件。当单元介质断裂时，我们不从模型中移除单元，而是用非常低的弹性模量替换实体单元的原始属性。因为新元素具有非常低的弹性模量，我们可以近似地认为固体介质的行为不再存在。这样，在不改变模型的数学结构的前提下，我们可以使模型的整体特征反映出元素破裂所引起的物理特征的变化。接触元件；压缩和剪切破坏后的单元保持一定范围内的剩余强度状态。然而，对于真实的介质，在连续的压应力条件下，特别是在各个方向的压应力条件下，损伤介质会出现所谓的压实或压实现象。其机械性能是压实介质的刚度不会降低，而是增加。对于已经形成的裂纹面(即空气元件)，当裂纹两侧的介质在压应力的作用下接触时，应力仍然可以通过接触面传递。在这种情况下，空气元件可以被激活以增加其刚性并起到传递应力的作用。这就是所谓的接触元件特性。在上述两种情况下，接触元件只能传递压应力，而不能传递拉应力。也就是说，当存在拉伸应力时，接触元件立即转换成空气元件。三种元素形式，三种元素在不同条件下的转化，基体元素，空气元素，接触元素，拉应力损伤，刚度退化处理，裂纹两侧介质压缩产生的接触，传递压应力的接触面，活化空气元素，元素刚度增加，压应力变成拉应力时的刚度退化处理，压应力损伤，刚度增强处理，元素相变，所谓的元素相变，三种元素在一定条件下会突然从一种转变为另一种，其力学性质是完全完整的，临界条件是相变点。在本文中，作者讨论了以下问题：分离相、剩余相、弹性相、剩余相、接触相、基本元素及其特性、分离点、相变点2、相变点1、接触点、图中参数的含义：1相变阈值、1相变剩余阈值、2相变阈值、2相变剩余阈值、4最大压缩应变、极限压缩应变、(2)在基本相变后的一定范围内，它代表相变后相的弱介质，具有剩余阈值的特征。(3)如果相变后的元素被高度挤压，那么该元素就像一种压缩介质。如果相变后的元素被拉伸，当拉伸应变达到一定值时，该元素不再被视为它所代表的介质，而是被视为空气元素。RFPA分析流程图，开始，实体建模和网格划分，使用统计分布函数，分配每个单元的刚度和相变值，施加载荷以产生新的边界位移或载荷，形成新的刚度矩阵，弱化相变单元，线性弹性有限元解算器，计算单元节点力和位移，根据相变准则判断是否存在单元相变，以及是否需要结束载荷、是、否、是、否，实体建模， 应力分析、相变分析、RFPA-Basic可以研究的问题、RFPA-2D basic版、RFPA-2d basic版：集中RFPA系列软件的基本功能，可以进行岩石、混凝土等脆性材料在荷载作用下的变形和破坏分析，可以检测声发射模式，也可以进行简单的工程应用分析，如地下工程开挖和支护过程中的应力场、位移场监测和声发射(微震)监测。 请看岩石材料单轴压缩和声发射的破坏过程。4.RFPA系统平台介绍。RFPA系统平台介绍。1.RFPA系统计算的特点：1 .允许模拟台阶开挖引起的应力再分布对进一步变形和破坏过程的影响。也就是说，模拟地下开采的破坏过程更接近实际情况。(2)通过专门提供的映射工具和参数输入模块，可以在模型中考虑模拟材料的微观缺陷和宏观缺陷，如接缝和裂缝。(3)可以模拟自重引起的损伤过程。新的RFPA2D软件系统增加了地下工程开挖、地下破坏、地表沉降、煤岩顶板冒落和采矿影响下的边坡失稳的模拟功能。(4)在材料特性中嵌入韦伯分布、正态分布、均匀分布等各种统计分布函数，考虑材料力学参数(强度、弹性模量等)的非均匀分布特性，从本质上研究岩石变形的非线性特性。新的RFPA2D软件系统增加了流固耦合(如水力压裂、底板突水、水利工程中的岩体渗流)、气固耦合(中岩体瓦斯突出)和温度应力场耦合的模拟分析功能。边坡稳定性分析模块主要包括强度折减法和离心法。RFPA系统在使用中的特点：由于RFPA2D软件系统从设计到具体实现始终注重系统的可视化用户只需使用内置的高性能绘图工具绘制结构图，为结构的各个部分指定材料的力学参数，然后指定边界条件进行计算和分析。(1)分配(预处理)。RFPA对任何实际模拟对象的赋值，包括网格大小、机械参数、边界条件、加载条件等。基于面向用户的对话框。(2)计算。RFPA可以快速分析和计算超过100，000台的模型，最大容量仅取决于计算机的硬件性能。在RFPA系统中，应力分析和相变分析(失效分析)是相互独立的。有限元仅完成应力和应变计算，不参与相变分析。然而，应力分析和相变分析的整个过程是以一致的方式完成的，没有任何用户干预。显示(后处理)。在RFPA，专门设置了一组显示工具栏和菜单栏来显示模拟结果。RFPA实时显示中间计算结果，以便及时向用户反馈计算进度。RFPA还具有重绘计算结果图的功能，以便获得更理想的后处理结果。图形编辑。RFPA具有缩放和复制仿真结果图等编辑功能，也可以直接使用窗口的剪切、复制和粘贴功能将仿真结果图传输到图形处理软件(如微软Word、CorelDraw等)。)进行后处理编辑。RFPA-2D工作平台装载.一：用鼠标双击桌面上的RFPA图标，加载二：通过开始菜单加载，启动程序RFPA三：通过窗口运行RFPAstudio.exe命令。EXE、打开现有的*rfp类型文档、设计平台、RFPA模型、工作区、显示工具栏、基本工具栏、绘图工具栏、材料属性类型、材料属性分布图、菜单栏、调色板、状态栏、工具栏、工具栏：一个快捷工具，设置为便于使用菜单中的主命令，基本工具栏、新建、打开、保存、打印、复制、缩放、全屏、网格划分、边界条件边界条件、控制条件控制条件、单步运行单步运行、自动运行连续自动运行，并且强制停止运行、 绘图工具栏，绘图委员会鼠标键盘输入开关，材质属性材质类型选择，选择区域选择，矩形，圆形，直线单直线，双线双线，多线，多边形任意多边形，复合材料复合材料，闭合弧，弧弧弧，锚撑，复合材料增强介质粒子设置，显示工具栏，剪切应力剪切应力图，最大主应力最大主应力图，最小主应力最小主应力图，弹性弹性弹性模量图，声学任务图，e/AE弹性模量和声发射图，载荷-阶跃曲线载荷和载荷影响声发射曲线，面积描绘声发射图，多元素信息多单位信息，幻灯片放映，位移矢量位移矢量图，应力矢量应力矢量图，彩色灰度调整，彩色灰度调整：用户可以根据自己的研究和兴趣需要调整结果图的彩色灰度。 单击左边的颜色框来调整右边的最小和最大滑动按钮。Y和X长度(M):在Y和X方向上的尺寸是所研究问题的实际尺寸，单位