单位文秘网 2021-08-31 09:11:47 点击: 次
摘要:本文对快速拉格朗日分析的基本原理做了简单介绍,并对基于这个原理的FLAC-3D软件的基本原理,文件格式,方向约定,节点编号,计算的基本步骤做了分析。对SURPAC与FLAC-3D单元节点坐标转化公式也做了简单的介绍。
关键词:FLAC-3D;计算分析;拉格朗日分析
1 引言
FLAC-3D软件被公认为是岩土力学中进行数值模拟的最有效的方法之一。本文将对这个软件做一个简单的介绍。
2 三维快速拉格朗日分析的基本原理
离散模型方法:连续介质被离散为若干六面体单元,作用力均集中在节点上;
有限差分方法:变量关于空间和时间的一阶导数均用有限差分来近似;动态松弛方法:由质点运动方程求解,通过阻尼使系统运动衰减至平衡状态。
3 FLAC-3D单元的节点编号和面的方向的约定
在FLAC-3D中,一个单元是由节点和平面构成的封闭几何区域, FLAC-3D模型采用的标准单元是六面体块体单元。
4 FLAC-3D输入的数据文件格式
FLAC-3D前处理数据文件为*.dat 文本文件。在该文件中包括了模型边界定义、单元划分、单元力学参数定义、边界条件和本构关系定义等前处理内容。所有输入的命令都采用英文表述,一个完整的命令由主命令词COMMAND后接一个或更多个关键词和数值参数组成。一些命令(如PLOT)后面可以使用开关选项,开关选项是用来进一步说明命令执行的细节。命令的一般格式如下:
主命令 关键词 数值参数…<关键词 数值参数…>
COMMSND keyword valve …< keyword valve …>
前处理数据文件中对模型边界定义、格网剖分和单元力学参数的定义语句如下所示:
Gen zone brick P0 x0,y0,z0 P1 x1,y1,z1 P2 x2,y2 ,z2 P3 x3,y3,z3 dim d1,d2,d3size n1,n2,n3 (通过此命令定义模型的边界范围、大小和单元数)
prop 力学参数 rang 坐标范围或zone组或者zone的ID号。(通过此命令定义某一区域的力学参数)
5FLAC-3D做计算分析的一般步骤
大多数程序采用数据输入方式,FLAC软件是以命令驱动的程序,其输入方法为键盘交互式输入和数据文件输入。在FLAC中有40多个主命令和近400个命令变量,但是常用的主命令和命令变量仅几十个。可以使用或产生的文件类型包括:初始化文件(flac.ini)、数据文件(*.dat)、保存文件(*.sav)、日志文件(flac.log)、历史文件(flac.his)和动画文件(flac.mov)。命令驱动程序使得FLAC在工程分析方面更加通用。在必要时,尤其是绘图时,可以启动FLAC用户交互式图形界面。FLAC最大的优点在于在分析或运行过程中,可以随时查看运行过程中某个状态的矢量分布,或查看某个矢量的演变历程,同时亦可将该状态下的计算结果保存成SAV文件供后期处理。为了建立一个模型并用FLAC进行模拟,有三个基本方面必须指定:
1.有限差分网格;
2.本构行为与材料性质;
3.边界条件与初始条件。
在FLAC中定义完这些条件之后,就会计算出模型的初始状态。然后进行开挖或改变其他模型条件,再计算模型的响应结果。
显式有限差分程序,如FLAC,与传统的隐式求解程序在处理实际问题的时候是不一样的。FLAC用直接的时间步方法解决代数方程,经过一系列的计算步骤方解出答案。
在FLAC中,达到解出状态所需的时步数可以由程序或用户加以控制。但是,用户必须确定时步数是否足以达到要求解的状态。
6 SURPAC与FLAC-3D单元节点坐标转化公式
Surpac网格单元与FLAC-3D中的块体单元较相似。Surpac中存储的网格单元信息里包括单元中心点坐标P0 (x0,y0,z0)及各边的边长dx,dy,dz。根据Surpac中存储的网格单元信息可推算出FLAC-3D块体单元所需信息是个节点的坐标,此处利用了李讯编写的转换程序。FLAC-3D块体单元中各节点坐标如下:
节点1:(x0- dx/2,y0-dy/2,z0-dz/2) 节点2:(x0+dx/2,y0-dy/2,z0-dz/2)
节点3:(x0-dx/2,y0+dy/2,z0-dz/2) 节点4:(x0-dx/2,y0-dy/2,z0+dz/2)
节点5:(x0+dx/2,y0+dy/2,z0-dz/2) 节点6:(x0-dx/2,y0+dy/2,z0+dz/2)
节点7:(x0+dx/2,y0-dy/2,z0+dz/2) 节点8:(x0+dx/2,y0-dy/2,z0+dz/2)
参考文献
[1]FLAC软件应用手册
[2]侯恩科,吴立新,李建民.三维地学模拟与数值模拟的耦合方法研究[J].煤炭學报,2002,27(4):388-392
[3]刘波,韩彦辉(美国).FLAC原理、实例与应用指南[M].北京:人民交通出版社,2005
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