flac3d入门指南.ppt

1、第二部分：,FLAC3D软件学习+实例操作,学习内容,1、基础知识 2、建模、划分网格 3、本构模型及参数 4、边界条件、初始条件及加载 5、初始地应力的生成方法及初 始平衡求解 6、求解及结果输出,1、基础知识,1.1 通用菜单(界面，菜单，术语) 1.2一个简单分析计算样例 建模、划分网格 定义材料模型和参数 初始条件及边界条件 求解 结果分析,2、建模、划分网格,在FLAC3D程序中建立计算网格主要采用gen命令，该命令可生成点(point)、面(surface)和单元(zone)。由于点和面在三维计算程序中应用相对较少，此处主要介绍单元(zone)的生成和组合方法。主要命令： bric

2、k gen zone +关键词cshell- radcyl,对于任何形状的单元体，其建立单元模型时关键点的描述需遵从一定的顺序，如建立一规则的六面体，其命令如下：,gen zone brick p0 * * * p1 * * * p2 * * * 2. 3个弹性模型（各向同性，横观各向同性和正 交各向异性弹性模型）; 3. 7个塑性模型（Drucker-Prager模型、Mohr- Coulomb模型、应变硬化/软化模型、霍克-布朗模型、遍布节理模型、双线性应变硬化/软化遍布节理模型和修正的cam粘土模型）. 对所计算的模型选择合理的本构关系，采用Model命令来进行指定，如定义计算模型为摩尔

3、-库仑模型，则命令流为： Model mohr（可简写为：m m）,确定了合理的本构计算模型后，即赋予模型相应的材料属性，主要采用roperity命令执行，同时对于不同的本构模型，其材料参数各异，如对于摩尔-库仑本构模型： prop bulk * shear * fric * coh * ten * dilation* 对于体积模量和剪切模量，其和弹性模量之间存在一转化公式：,或,对于材料的密度(干密度、湿密度等)则采用initial命令来设置，即： ini density * (range -) 材料若考虑密度，则必须设置重力加速度，重力加速度的设置采用set命令，即： set gravit

4、y 0 0 10 若重力方向为沿Z轴正向，则为10，若沿Z轴负向，则为-10，若沿Y轴负向，则应设置为： set gravity 0 10 0,注意:,材料的本构模型必须先定义，严格按照本构模型所要求的材料参数关键字赋予材料参数，否则会导致命令流出错。 若本构模型需要的材料参数没有指定值时，系统使用默认值，默认值为0。 数值模拟的计算参数与现场勘测值并不完全一致，需要进行适当的调试，使其计算结果与真实情况更为符合。 考虑材料密度时，施加重力加速度要注意坐标轴的方向。,4、边界条件及初始条件,在FLAC3D中，包含多种边界条件，边界方位可以任意变化，边界条件可以是速度边界、应力边界，单元内部可以

5、给定初始应力，节点可以给定初始位移、速度等，还可以给定地下水位以计算有效应力等。这众多的边界条件主要通过apply或fix命令来进行设置。而初始条件则主要通过initial命令来执行，对所提的这两个命令必须严格区分并了解其差异。通常我们所计算的模型均采用力学边界，初始条件也基本是初始地应力的输入，对此两种不同的力，其设置存在差别，同时在计算过程中，该二者的变化情况也各不相同。,Apply 命令施加的边界力，其在计算过程中保持不变，且任意时刻均存在，除非再次执行apply命令进行修改或网格移除，如地表超载等；而ini命令施加的初始地应力，在计算过程中，随着计算模型位移的产生，其内部的应力将不断进

6、行调整和重分配。其基本格式为： apply szz * range z 60.1 59.9(施加在边界面上) ini szz * range z 0 60(施加于体上) 同时可配合gradient施加线形变化的荷载，如： apply sxx -10e6 gradient 0,0,1e5,apply sxx -10e6 gradient 0,0,1e5 range z -100,0 上述命令流所施加的荷载值为： 其具体求解方法为： 如对于z=-50处，sxx=-10e6+1e5*(-50)=-15e6 对于存在多个不同变化梯度的初始应力的设置，必须保证在梯度变化处的应力值相等，若出现应力的跳跃将

7、会产生较大的误差，其计算结果将不可取。,对于位移边界，通常情况下是设置固定边界，即约束各边界在法线方向不发生任何位移，采用fix命令进行设置，例如： fix x range x 49.9 50.1 (平面x=50处) 若在计算过程中，需对原先约束的平面接触约束，则采用free命令进行设置。 对于速度边界，则相应可理解为间接位移边界，设置的边界节点的速度，将随着计算时步产生相应的位移，对于日常生产中的伺服控制以及一些常规的试验，如单轴三轴实验等可采用速度边界来进行较准确的位移控制和定位。,速度边界设置主要采用apply命令进行设置，相应的可设置的速度变量为xvel、yvel、zvel，例如： a

8、pply xvel 2e-7 range x 0.1 0.1 其表示将x=0面上所有的节点速度均设置为2e-7，若随着计算，需移除初始边界，则采用apply remove 命令进行删除操作。 在进行速度边界设置时，速度的取值是关键，若已知固定时间内的位移，速度的求解为： 速度=位移/计算时步 再者，进行速度和位移清零时，则可采用ini命令，即：,ini xvel 0 yvel 0 zvel 0 xdisp 0 y向: 0-1.5;z向:0-4。相应的命令流为： model null range x 2 5 y 0 1.5 z 0 4 对于开挖后的施工，如喷射初衬、架网、打锚杆、超前注浆管、二衬

9、等等，甚至旋喷桩、灌注桩、地下连续墙等，均可采用相应的结构单元或近似处理方法来进行较合理的模拟。,6,求解及结果输出,FLAC3D在岩土工程中的应用,报告人：陈育民 导 师：刘汉龙 河海大学岩土工程研究所 ,主要内容,FLAC3D软件简介 FLAC3D的基本原理 FLAC3D的前后处理 流-固耦合分析 接触单元与应用 完全非线性的动力分析 自定义本构模型的基本方法 结构单元及应用,主要内容,FLAC3D软件简介 FLAC3D的基本原理 FLAC3D的前后处理 流-固耦合分析 接触单元与应用 完全非线性的动力分析 自定义本构模型的基本方法 结构单元及应用,FLAC3D简介,Fast Lagran

10、gian Analysis of Continua 美国Itasca咨询公司开发2D程序(1986) 1990年代初引入中国 有限差分法(FDM) DOS版2.0 2.1 3.0 Itasca其他软件,FLAC3D简介,应用： 岩土力学分析，例矿体滑坡、煤矿开采沉陷预测、水利枢纽岩体稳定性分析、采矿巷道稳定性研究等 岩土工程、采矿工程、水利工程、地质工程 特色： 大应变模拟 完全动态运动方程使得FLAC3D在模拟物理上的不稳定过程不存在数值上的障碍 显示求解具有较快的非线性求解速度,主要内容,FLAC3D软件简介 FLAC3D的基本原理 FLAC3D的前后处理 流-固耦合分析 接触单元与应用 完全非线性的动力分析 自定义本构模型的基本方法 结构单元及应用,基本原理,有限差分法 Lagrangian网格 空间混合离散技术 Lagrangian格式动量平衡方程 FLAC3D的求解过程 FLAC3D的本构模型,有限差分法,古老的方法(上世纪40年代) 用差分格式转化控制方程中的微商格式 流体力学；土工渗流问题；固结 FDM & FEM的混合求解 FDM的新进展,Lagrangian网格,源自流体力学中的拉格朗日法