FLAC3D前后处理及三维模型构建方法

岩土工程研究所GeotechnicalInstitute石崇河海大学岩土所13770773434，[e-mail]边坡岩石力学与工程FLAC3D前后处理和三维模型构建方法Flac3d前后处理和三维模型构建方法主要认识和结论FLAC3D计算结果的后处理FLAC3D计算中的应力场FLAC3D三维模型的快速构建Sufer的三维出图和数据导出目录CAD的前处理和数据导出在CAD中选择建模区域命令:Trim对等高线截断Move平移,减小坐标起始值导出为R12格式的dxf文件CAD的数据处理模型区域等高线的导出借助第三方软件GID导入CAD生成的dxf文件,将CAD中的等高线信息读出.GID可以作为CAD和ANSYS的过渡平台.其可转换DXF-IGES格式.在GID软件中显示等高线上的点信息,将等高线的点列为文本输出,作为sufer三维可视化出图的高程点数据.sufer出图只需要三维的高程点数据,格式写成如下:X1,Y1,Z1X2,Y2,Z2……也可利用其它软件或编程读出CAD中的等高线数据信息Flac3d前后处理和三维模型构建方法主要认识和结论FLAC3D计算结果的后处理FLAC3D计算中的应力场FLAC3D三维模型的快速构建Sufer的三维出图和数据导出目录CAD的前处理和数据导出在滤波器中过滤CAD中导出的局部失真地形点.设置z方向上某一高程区域内的地形点为有效地形点.如模型范围实际地形高程在500~2000以内,则输入z500或z2000在插值方法中选择合适的插值方法.注意sufer只能提供栅格化插值方法.如要插值不规则网格,需自己编程实现.设置插值区域:X方向MinMaxY方向MinMaxSufer可以生成多种效果图形.对于三维地形的显示,主要采用线框图和表面图.其中表面图的效果最好,其插值效果受插值点个数和插值方法制约.地图-三维旋转可以旋转查看地形,设置光照,网格可以显示不同的效果.注意在sufer插值后,生成一个后缀名为grd的文件,此为存贮栅格化插值点三维信息的数据文件.用sufer打开生成的dgx.grd文件,选择菜单:文件-文件另存为在保存类型中的下拉菜单中悬着ASCIIXYZ*.dat格式,即为sufer生成的插值点数据信息.选择-选项-网格信息,可以查看插值的精度和网格间距.flac3d执行命令流command.txt，即可读入sufer生成的地表数据文件,投影生成flac3d，ansys和3dec的模型的命令流。公路▽1875mAutoCAD在DWG文件中以实体名存储各种点、线、面、实体。实体名是AutoCAD中专门设置的一种特殊数据类型，是赋予图形实体的数字标号。通过AutoLisp语言开发的程序可以访问各种点、线、面、实体信息，例如边坡中的地形线，开挖面，地下厂房，引水洞、平硐等现阶段常用的插值方法有：Kriging法、Delaunay法、Polymesh法、Shepard法、Multiquadric法等等。滑动最小二乘法（MovingLeastSquaresMethod，简称MLSM）是一种精度较高的方法，其克服了经典最小二乘法在拟合中的不足，实质为方差泛函极小化序列与最小二乘法。Sufer中都是栅格插值方法,所以如果要按给定任意网格插值的话,需要自己编程.Flac3d前后处理和三维模型构建方法主要认识和结论FLAC3D计算结果的后处理FLAC3D计算中的应力场FLAC3D三维模型的快速构建Sufer的三维出图和数据导出目录CAD的前处理和数据导出导入sufer插值的栅格点,在cad中按精度需要建立多条多义线polyline.类似与ansys中的askin命令的做法,在CAD也可以生成由多条多义线过渡圆滑的nurbs曲面.CAD操作命令Loft–按顺序选择几条多义线-回车生成面域.在CAD中建立底面域,由封闭的多义线围成面,利用REGION生成面域,采用EXTRUDE命令按Z方向拉伸成体.EXTRUDE命令按Z方向拉伸成体.让其延伸至实际地面以上一定距离.为后面的CAD中布尔切割操作做准备.利用slice命令中的曲面切割功能,将底面拉伸的块体沿实际地貌切割为两个块体.同理断层和地层的切割也采用slice中的三点法或曲面法.采用slice切割出的地层与地貌交线利用CAD中的EXPORT命令将生成的实体SOLID模型输出为SAT格式的数据文件.ANSYS可以直接读入CAD导出的SAT模型.在ANSYS进行网格剖分,建议全部剖分为四面体,可以设置线的剖分段数来控制局部和整体的网格质量.由于FLAC3D中最终计算的单元均为四面体单元,因此采用四面体剖分精度影响不大.FLAC3D数值模型分解后的最小单元类型为Brick（六面体）、Wedge（三棱柱体）、Pyramid（金字塔体）和Tetrahedral（四面体）单元。在ansys选择菜单:FILE-ReadInputfrom选择APDL命令流文件(在仿真论坛可以下载此程序)执行后在电脑的D:\下生成ansys单元节点信息的两个文件01_node.dat02_ele.dat将D:\下生成ansys单元节点信息的两个文件01_node.dat02_ele.dat拷至程序目录下,运行flac_6weishu.exe后,程序生成了flac3d可以直接读入的模型数据.打开flac3d,读入生成的模型数据.Flacmodel_haitang.Flac3D读入后,保存为sav文件.结合CAD的extrude,slice,union,subtract,intersect等三维布尔操作功能,编制VBA,AUTOLISP程序可以快速构建更为复杂的实体模型.保存为sat格式后,可以直接被ansys读入.Flac3d前后处理和三维模型构建方法主要认识和结论FLAC3D计算结果的后处理FLAC3D计算中的应力场FLAC3D三维模型的快速构建Sufer的三维出图和数据导出目录CAD的前处理和数据导出岩体地应力是岩体工程最基本也是最重要的工程荷载之一。因此，初始应力分布应该作为设计和分析的基础，相应地，也应当作为数值计算的初始条件。初始应力场的重要性inisxx=-5e6syy=-1e7szz=-2e6Inisxxs0gradgxgygzThecomponentsσ11(orσxx),σ22(orσyy)andσ33(orσzz)aresettocompressivestressesof-5.0e6,−1.0e7and-2.0e6,respectively,throughoutthegrid.TheINIcommandsetsallstressestothegivenvalues,respectively,throughoutthegrid.butthereisnoguaranteethatthestresseswillbeinequilibrium.genzonebricksize666modelelasinisxx=-5e6syy=-1e7szz=-2e7applysxx=-5e6rangex-0.10.1applysxx=-5e6rangex5.96.1applysyy=-1e7rangey-0.10.1applysyy=-1e7rangey5.96.1applyszz=-2e7rangez-0.10.1applyszz=-2e7rangez5.96.1Example3.20Initialandboundarystressesinequilibrium赋予初始应力genzonebricksize666modelelaspropbulk5e9shear3e9inisxx=-5e6pausesolve只用ini，所有单元将有sxx应力，但solve变为0，因为没有约束，力引起位移最后平衡.所以必须加上应力边界条件或者位移边界条件加上应力边界条件genzonebricksize666modelelaspropbulk5e9shear3e9inisxx=-5e6applysxx=-5e6rangex-0.10.1applysxx=-5e6rangex5.96.1pauseplconsxxsolveplconsxx注意是约束x方向---------变形参数并不影响应力场，它只影响位移场。如果考虑重力的时候，变形参数影响泊松比，从而影响侧压力系数，才会影响水平的应力场分布。表明所有单元只加上SXX=-5e6Solve是平衡的，即应力不发生改变了。改变bulk，shear和边界条件，solve后应力不发生变化。由于施加的初始应力场和应力边界条件产生了平衡，所以solve不产生cyc应力循环。只有不平衡力大于容许值时，才会进行cyc。设置不同的变形参数并不影响位移结果，因为系统平衡了。如果人为设置执行计算流程（如cyc10000），由于没有位移边界条件约束，模型则会慢慢随时间产生位移，但应力场是不会发生变化的。因此，intial应力得到的位移解相比较于无intial应力的位移解更符合实际地层条件（即认为是0）Cyc20000或step20000genzonebricksize666modelelaspropbulk5e2shear3e2inisxx=-5.0e6fixxrangex-0.10.1fixxrangex5.96.1pauseplconsxxsolveplconsxx注意是约束x方向加上位移边界条件表明所有单元只加上SXX=-5e6Solve是平衡的，即应力不发生改变了。改变bulk，shear和边界条件，solve后应力不发生变化。施加应力场后，如果没有应力和位移约束，模型会沿着临空面产生变形。如果施加了位移边界条件约束了模型的变形，在边界上则产生了反向的平衡力，从而产生了平衡，所以solve不产生cyc应力循环。只有不平衡力大于容许值时，才会进行cyc。设置不同的变形参数并不影响位移结果，因为系统平衡了。如果人为设置执行计算流程（如cyc10000），由于位移边界条件约束，边界上位移为0，内部则会慢慢随时间产生位移，但应力场是不会发生变化的。new;Example3.24Initialstressstateforanirregularfreesurfacegenzonebricksize151510p00,0,0edge=100.0modelelasticpropshear3e8bulk5e8defmountaingp=gp_headloopwhilegp#nullzz=sqrt(gp_xpos(gp)^2+gp_ypos(gp)^2)dz=0.06*sin(0.2*zz+100.0);SumFouriertermsfordz=dz+0.06*sin(0.22*zz-20.3);quasi-randomsurfacedz=dz-0.04*sin(0.33*zz+33.3);topology.gp_zpos(gp)=0.5*gp_zpos(gp)*(1.0+dz)gp=gp_next(gp)end_loopendmountainfixxrangex-.1.1fixxrangex99.9100.1fixyrangey-.1.1fixyrangey99.9100.1fixzrangez-.1.1模型高度约为50m模型长宽约为100m仅考虑自重，算至平衡(模型高度约为50m）泊松比=0.25=0.33333模型最大高程50m左右自重来看，基底szz=2000*-10*50=-1.0e6sxx=syy=0.333*-1.0e6=-0.333e6modelelasticpropbulk5e8shear3e8setgrav0,0,-10inidensity=2000solve采用自重来计算初始应力场仅考虑自重，算至平衡基底szz=2000*-10*50=-1.0e6sxx=syy=0.333*-1.0e6=-0