Flac问题讲解.docx
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Flac问题讲解.docx
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Flac问题讲解
岩土工程结构的数值解是建立在满足基本方程(平衡方程、几何方程、本构方程)和边界条件下推导的。
由于基本方程和边界条件多以微分方程的形式出现,因此,将基本方程近假发改用差分方程(代数方程)表示,把求解微分方程的问题改换成求解代数方程的问题,这就是所谓的差分法。
差分法由来已久,但差分法需要求解高阶代数方程组,只有在计算机的出现,才使该法得以实施和发展。
FLAC3D(FastLagrangianAnalysisofContinua)由美国Itasca公司开发的。
目前,FLAC有二维和三维计算程序两个版本,二维计算程序V3.0以前的为DOS版本,V2.5版本仅仅能够使用计算机的基本内存64K),所以,程序求解的最大结点数仅限于2000个以内。
1995年,FLAC2D已升级为V3.3的版本,其程序能够使用护展内存。
因此,大大发护展了计算规模。
FLAC3D是一个三维有限差分程序,目前已发展到V2。
1版本。
FLAC3D的输入和一般的数值分析程序不同,它可以用交互的方式,从键盘输入各种命令,也可以写成命令(集)文件,类似于批处理,由文件来驱动。
因此,采用FLAC程序进行计算,必须了解各种命令关键词的功能,然后,按照计算顺序,将命令按先后,依次排列,形成可以完成一定计算任务的命令文件。
FLAC3D是二维的有限差分程序FLAC2D的护展,能够进行土质、岩石和其它材料的三维结构受力特性模拟和塑性流动分析。
调整三维网格中的多面体单元来拟合实际的结构。
单元材料可采用线性或非线性本构模型,在外力作用下,当材料发生屈服流动后,网格能够相应发变形和移动(大变形模式)。
FLAC3D采用的显式拉格朗日算法和混合-离散分区技术能够非常准确发模拟材料的塑性破坏和流动。
由于无须形成刚度矩阵,因此,基于较小内存空间就能够求解大范围的三维问题。
FLAC3D采用ANSIC++语言编写的。
FLAC3D有以下几个优点:
1对模拟塑性破坏和塑性流动采用的是“混合离散法“。
这种方法比有限元法中通常采用的“离散集成法“更为准确、合理。
2即使模拟的系统是静态的,仍采用了动态运动方程,这使得FLAC3D在模拟物理上的不稳定过程不存在数值上的障碍。
3采用了一个“显式解“方案。
因此,显式解方案对非线性的应力-应变关系的求解所花费的时间,几互与线性本构关系相同,而隐式求解方案将会花费较长的时间求解非线性问题。
面且,它没有必要存储刚度矩阵,这就意味着;
采用中等容量的内存可以求解多单元结构;
模拟大变形问题几互并不比小变形问题多消耗更多的计算时间,因为没有任何刚度矩阵要被修改。
当然,它也存在以下几个不足之处:
1对于线性问题的求解,FLAC3D比有限元程序运行得要慢;因此,当进行大变形非线性问题或模拟实际可能出现不稳定问题时,FLAC3D是最有效的工具。
2用FLAC3D求解时间取决于最长的自然周期和最短的自然周期之比。
但某些问题对模型是无效的。
接上面的介绍:
Flac3D中为岩土工程问题的求解开发了特有的本构模型,总共包含了10种材料模型:
1.开挖模型null
2.3个弹性模型(各向同性,横观各向同性和正交各向同性弹性模型)
36个塑性模型(Drucker-Prager模型、Morh-Coulomb模型、应变硬化/软化模型、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)。
Flac3D网格中的每个区域可以给以不同的材料模型,并且还允许指定材料参数的统计分布和变化梯度。
还包含了节理单元,也称为界面单元,能够模拟两种或多种材料界面不同材料性质的间断特性。
节理允许发生滑动或分离,因此可以用来模拟岩体中的断层、节理或摩擦边界。
FLAC3D中的网格生成器gen,通过匹配、连接由网格生成器生成局部网格,能够方便地生成所需要的三维结构网格。
还可以自动产生交叉结构网格(比如说相交的巷道),三维网格由整体坐标系x,y,z系统所确定,不同于FLAC程序是由行列方式确定。
这就提供了比较灵活的产生和定义三维空间参数。
FLAC3D做计算分析的一般步骤:
与大多数程序采用数据输入方式不同,FLAC采用的是命令驱动方式。
命令字控制着程序的运行。
在必要时,尤其是绘图,还可以启动FLAc用户交互式图形界面。
为了建立FLAC计算模型,必须进行以下三个方面的工作:
1.有限差分网格
2.本构特性与材料性质
3.边界条件与初始条件
完成上述工作后,可以获得模型的初始平衡状态,也就是模拟开挖前的原岩应力状态。
然后,进行工程开挖或改变边界条件来进行工程的响应分析,类似于FLAC的显式有限差分程序的问题求解。
与传统的隐式求解程序不同,FLAC采用一种显式的时间步来求解代数方程。
进行一系列计算步后达到问题的解。
在FLAC中,达到问题所需的计算步能够通过程序或用户加以控制,但是,用户必须确定计算步是否已经达到问题的最终的解。
最后,进行结果的分析与总结,这就是用户自己的事情了,呵呵,
在手册中的图中有显示shell单元
但我自己做的时候不知用何命令才能在网格图中将的shell,beam等单元显示出来,高手指点!
!
plotaddselgeom
另外,还可在上面命令的后面加:
cid=onnode=off.....
再问一下,shell是否只可以加在网格的表面?
怎么在网格内部加不上?
可以加上了,但是不知道厚度t如何表现。
thickness啊
gensurface有什么用?
生成表面
显示模型中用到
setdyn=on,grav00-10,hist_rep=1
是在动力分析中的问题,请问最后一个变量是什么含义,
好像只能是整数,查了Fish说明也没有看到解释,
请赐教!
hist_repn
Historiesaresampledeveryntimesteps.Thedefaultisn=10.The
synonymHISTORYnstepmayalsobeused.每10个步时记录一次
请教:
(1)谁用过GENERATEsurfacexarc命令生成过圆弧面,能否贴出来让小弟学一下。
我曾按照manual作过一些尝试但没有成功。
(2)根据说明我曾生成过圆形隧道模型,但如何在隧道内壁上加正应力,请各位高手指点。
加正应力应该是用nstress命令
我没有做过曲面的例子,只用过规则的圆柱面
请问各位大侠,groutstiffness是什么意思?
1.gr_kgroutstiffnessperunitlength,kg[F/L2]
2.Ft=kg*ut
3.Thegroutannulusisassumedtobehaveasanelastic-perfectlyplasticsolid.Asaresultofrelativesheardisplacement,
ut,betweenthetendonsurfaceandtheboreholesurface,theshearforce,Ft,mobilized
perlengthofcableisrelatedtothegroutstiffness,kg—i.e.,
4.可见k_g是groutannulus与zone(soil)之间的剪切刚度。
(单位剪切位移引起的应力)
5.详细参考cable一节,有图形表示,很清楚。
写了几个命令流文件,但只要所分析问题的单元数一多,计算就很难收敛,总是在e-3或e-4之间跳来跳去,都迭代几万步了
请教大侠,怎么加快收敛速度?
一般一万五千单元左右要算多久?
flac中的求解控制通常有
1)setmechforce50
solve
2)solveratio1e-7
3)step30000
等几种,不知这几种怎么选择?
每种有什么特点?
?
加快收敛速度,要让单元的尺寸相差不大,另外,ratio恒定,说明产生了塑性流动或者破坏了,看看约束条件对不对!
!
材料模型对不对,材料参数是否太离谱?
?
flac中的求解控制通常有
1)setmechforce50
solve
2)solveratio1e-7
3)step30000
第一种是控制不平衡力,是给定具体的值,必须迭代到这个值才结束运算。
这是绝对的值,个人认为只有针对具体问题才使用;
第二种要重先设定,程序默认1e-5,-7也太小了,迭代的步数更多,更精确,一般情况下,个人认为-5就够了;
第三种是给定迭代步数,不至于30000吧,一般3000吧。
但这种设定不一定能达到1e-5,所以要在有把握的情况下使用。
至于在循环中,solve与stepn到底有何差别,本人也不甚清楚。
有时某一步可能需要7000步才能达到-5次方,而其他的循环只需要1000步就达到了,这种情况下究竟该如何处理?
请高手指点!
solve是通过控制不平衡力或比例的大小决定计算步
step,cyc等命令则是由作者控制计算迭代步,在无法用step估计计算是否收敛情况下,多用solve,step自身的优势可以应用于逐步加载等方面。
加大bulk,shear的量纲试一试,还有就是检查一下边界条件!
;产生一个体,这个体里面包含隧道
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&
dim142fill
;设置模型服从摩尔库仑屈服准则
modmoh
;定义bulk模量,剪切模量,摩擦角,粘聚力,和tens
propbulk1e8shear3e8fric35coh1e3tens1e3
;施加约束
fixxrangex-0.10.1
fixzrangez-0.10.1
fixyrangey9.910.1
;施加重力
setgrav0100
;设置密度
inidens1000
;设置初始应力,这个有什么用呢?
?
?
?
inisyy0.0grad0-100000
inisxx0.0grad0-50000
iniszz0.0grad0-50000
applysxx0.0grad0-50000rangex9.910.1
applyszz0.0grad0-50000rangez9.910.1
;挖坑的命令,使用fish语言
defdigHole
command
rangenametrenchx01y04z02
;挖了
modelnulrangetrench
setlarge
histgpxdisp100
endcommand
end
;表面蓝色显示
plotsurfblue
;停顿
pause
;开挖
digHole
;设置大变形
setlarge
;记录位移变化
histgpxdisp1,0,0
;...andthencalculatetheresponse
;设置计算步为1000
step1000
;我不知道上述解释是否明白,是否对头?
?
cjiao2000wrote:
;产生一个体,这个体里面包含隧道
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&
dim142fill
;设置模型服从摩尔库仑屈服准则
modmoh
;定义bulk模量,剪切模量,摩擦角,粘聚力,和tens
propbulk1e8shear3e8fric35coh1e3tens1e3
;施加约束
fixxrangex-0.10.1
fixzrangez-0.10.1
fixyrangey9.910.1
;施加重力
setgrav0100
;设置密度
inidens1000
;设置初始应力,这个有什么用呢?
?
?
?
inisyy0.0grad0-100000
inisxx0.0grad0-50000
iniszz0.0grad0-50000
别的软件很少可以加地应力的,怎么说没用呢?
这可是Flac的专长呀,象ansys也没的办法的。
applysxx0.0grad0-50000rangex9.910.1
applyszz0.0grad0-50000rangez9.910.1
;挖坑的命令,使用fish语言
defdigHole
command
rangenametrenchx01y04z02
;挖了
modelnulrangetrench
setlarge
histgpxdisp100
endcommand
end
;表面蓝色显示
plotsurfblue
;休息
pause
;开挖
digHole
;设置大变形
setlarge
;这个好像是施加位移
我认为是记录坐标是(1,0,0,)点的位移历史记录吧,不是施加位移吧。
权当抛砖引玉了,各位大侠不要见笑
histgpxdisp1,0,0
;...andthencalculatetheresponse
;设置计算步为1000
step1000
;我不知道上述解释是否明白,是否对头?
?
首先确定位移是z向,还是x向
histgpxdisp1,0,0
有时候会出现位移都为0的情况,怎么回事?
明明那是有位移的啊?
是啊,还有向上得哦!
!
!
;设置初始应力,这个有什么用呢?
?
?
?
inisyy0.0grad0-100000
inisxx0.0grad0-50000
iniszz0.0grad0-50000
别的软件很少可以加地应力的,怎么说没用呢?
这可是Flac的专长呀,象ansys也没的办法的。
设置初始应力做什么哦?
?
?
一般情况下围岩地应力包括自重应力、构造应力、采掘应力。
你所描速的情况应是在挖掘深度不大的情况下,只考虑土体的自重应力对开挖的影响。
在古典压力理论中,认为地层的水平压力的侧压系数为u/1-u,这里取0.5。
apply描述的模型的边界条件。
histgpxdisp1,0,0
是用于记录点(1,0,0)在开挖过程中的位移情况,模拟的目的就是要研究目标位置的位移或者应力变化情况。
setlarge
设置大变形的话,应该是按大变形理论吧!
最近做了算例,发现将cable单元的pretension设置为0或者100没有什么区别,大家看一下是怎么回事啊?
;generatethemodle
title
'VerticalAnchoredGravityWall'
;
setmecharatio1e-5
;setlarge
;Zone
genzoneradtunnelp01.5,0,-20p11.5,20,-20p20,0,-20p31.5,0,0&
p40,20,-20p50,0,0p61.5,20,0p70,20,0&
p81.56-20p91.50-10.5p1006-20p1100-10.5p121.56-10.5p1306-10.5&
size12,3,19,20ratio1,1,1,1dim9.559.55fill
;Material
;Forbalance
modelmohr
propdensity=1.80e3bulk=12.5e6shear=6.5e6coh10.0e3tens50e10&
friction=10.0dilation=0.0rangez-20.0-18.0
propdensity=2.00e3bulk=20.0e6shear=12.0e6coh15.0e3tens50e10&
friction=25.0dilation=5.0rangez-18.0-10.0
propdensity=2.00e3bulk=44.4e6shear=33.3e6coh0.0e3tens50e10&
friction=30.0dilation=10.0rangez-10.00.0
;Boundaryconditon
fixxrangex-0.10.1
fixxrangex0.41.5
fixyrangey-0.1.1
fixyrangey19.920.1
fixzrangez-0.10.1
;Setgravitionalacc
setgrav0,0,10
;Initialstress
iniszz-4.0e5grad00-2.0e4
inisxx-2.0e5grad00-1.00e4
inisyy-2.0e5grad00-1.00e4
;InitialState,Solveforbalance
solve
inistate0
inixdisp0.0ydisp0.0zdisp0.0
;Reinstallthesoil
modelmohr
propdensity=1.80e3bulk=12.5e6shear=6.5e6coh10.0e3tens58e3&
friction=10.0dilation=0.0rangez-20.0-18.0
propdensity=2.00e3bulk=20.0e6shear=12.0e6coh15.0e3tens32.6e3&
friction=25.0dilation=5.0rangez-18.0-10.0
propdensity=2.00e3bulk=44.4e6shear=33.3e6coh0.0e3tens5e3&
friction=30.0dilation=10.0rangez-10.00.0
;Setthesurcharge
applyszz10e3rangey620z-20.1-19.9
solve
;Begintoexcavate
;Step1:
1.5moff
modnullrangey06.0z-18.5-20.0
sellinerrangey5.96.1z-18.5-20.0
sellinerPROPiso=(25e9,0.15)thick=0.1;concrete
sellinerPROPcs_nk=8e8cs_sk=8e8&
cs_ncut=4e6cs_scoh=4e4cs_scohres=2e6cs_sfric=20.0
solve
savestep1.sav
;Step2:
setthesoilnail,and1.5moff
selcableid=1begin=(0.75,6.0,-18.5)end=(0.75,15.5,-17.5)nseg=12pretention50e3
selcablepropxcarea=5.1e-3emod=200e9ytens=210e6&
gr_k=6e6gr_coh=40e3
selcablepropgr_per=0.314gr_fric=25.0
modnullrangey06.0z-17.0-18.5
sellinerrangey5.96.1z-17.0-18.5
sellinerPROPiso=(25e9,0.15)thick=0.1;concrete
sellinerPROPcs_nk=8e8cs_sk=8e8&
cs_ncut=4e6cs_scoh=4e4cs_scohres=2e6cs_sfric=20.0
solve
savestep2.sav
;Step3:
setthesoilnail,and1.5moff
selcableid=2begin=(0.75,6.0,-17.0)end=(0.75,15.5,-16.0)nseg=12pretention50e3
selcablepropxcarea=5.1e-3emod=200e9ytens=210e6&
gr_k=6e6gr_coh=40e3
selcablepropgr_per=0.314gr_fric=25.0
modnullrangey06.0z-15.5-17.0
sellinerrangey5.96.1z-15.5-17.0
sellinerPROPiso=(25e9,0.15)thick=0.1;concrete
sellinerPROPcs_nk=8e8cs_sk=8e8&
cs_ncut=4e6cs_scoh=4e4cs_scohres=2e6cs_sfric=20.0
solve
savestep3.sav
;Step4:
setthesoilnail,and1.5moff
selcableid=3begin=(0.75,6.0,-15.5)end=(0.75,15.5,-14.5)nseg=12pretention50e3
selcablepropxcarea=5.1e-3emod=200e9ytens=210e6&
gr_k=6e6gr_coh=40e3
selcablepropgr_per=0.314gr_fric=25.0
modnullrangey06.0z-14.0-15.5
sellinerrangey5.96.1z-14.0-15.5
sellinerPROPiso=(25e9,0.15)thick=0.1;concrete
sellinerPROPcs_nk=8e8cs_sk=8e8&
cs_nc
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