RFPA3D-工程建模说明书

I目录第一章RFPA3D方法要点....................................................................11.1RFPA3D原理..............................................................................11.2RFPA3D-Engineering方法要点.................................................21.3RFPA3D-Engineering研究的问题.............................................3第二章RFPA3D-Engineering软件系统功能与特点.........................5第三章RFPA3D-Engineering的使用................................................103.1工作区介绍.............................................................................103.2菜单和工具栏介绍.................................................................123.3模型建立.................................................................................433.4计算过程与停止.....................................................................603.5结果分析.................................................................................613.6导入模型.................................................................................713.7颜色设置.................................................................................74第四章RFPA3D-Engineering操作流程............................................794.1启动RFPA3D-Engineering......................................................794.2模型建立.................................................................................794.3赋值材料.................................................................................814.4模型的导入.............................................................................824.5施加载荷.................................................................................844.6计算结果.................................................................................84服务信息...............................................................................................861第一章RFPA3D方法要点1.1RFPA3D原理岩石（岩体）是地质、采矿、石油、水利等部门经常涉及的最基本的天然材料。天然的岩体是非连续、非均质、非弹性、各向异性的介质。它具有时效性、记忆性和对环境的依赖性。尽管经典力学推衍了诸多的理论公式，但面对复杂的工程岩体材料仍显得无能为力。在许多实际工程当中，依据理想化的模式计算出的诸如岩体变形、破坏和强度等与实际相差甚远。煤矿岩爆、瓦斯突出、采场顶板垮落、水坝开裂、岩土边坡失稳、地震等众多灾害性事故的发生，不仅给国家和人民财产造成了巨大损失，同时也表明，人类目前尚缺乏对岩石（岩体）材料的不规则性、复杂性和物理力学非线性本质的认识和解决这些问题的方法，致使许多岩石力学问题无法定量或定性地予以解释和分析。岩石力学问题，广义讲包括岩石破坏问题。岩石之所以产生非线性变形，就是因为岩石在受载过程中其内部不断产生微细破裂。这种微细破裂的不断发展便导致最终的宏观破裂。通常的有限元方法尽管可以模拟岩石的非线性变形，但只是在宏观行为上的一种“形似”，而没有模拟出岩石在变形过程中的微破裂进程，因而不能做到“神似”。为了解决岩石破裂过程的分析，采用有限差分法、有限单元法、2边界元法、半解析元法、离散元法等数值模拟方法在全面解决复杂的岩土工程问题，例如岩土材料的非线性问题、岩体中节理、裂隙等不连续面对分析计算的影响、分步开挖与充填施工作业对围岩稳定性的影响等等方面都不同程度的存在缺陷。1995年，软件系统创始人唐春安教授针对这些问题提出了基于有限元基本理论，充分考虑岩石破裂过程中伴随的非线性、非均匀性和各向异性等特点的新的数值模拟方法“RFPA（RealisticFailureProcessAnalysis）方法”，即真实破坏过程分析方法，其主要要点如下：●将材料的不均质性参数引入到计算单元，宏观破坏是单元破坏的积累过程。●认为单元性质是线弹-脆性或脆-塑性的，单元的弹模和强度等其他参数服从某种分布，如正态分布、韦伯分布、均匀分布等。●认为当单元应力达到破坏的准则发生破坏，并对破坏单元进行刚度退化处理，故可以以连续介质力学方法处理物理非连续介质问题。●认为岩石的损伤量、声发射同破坏单元数成正比。1.2RFPA3D-Engineering方法要点1、将材料的非质性参数引入到计算单元，宏观破坏是单元破坏的积累过程。2、认为单元性质是线弹-脆性或脆-塑性的，单元的弹模和强3度等其他参数服从某种分布，如正态分布、韦伯分布、均匀分布等。3、认为当单元应力达到破坏的准则发生破坏，并对破坏单元进行刚度退化处理，故可以以连续介质力学方法处理物理非连续介质问题。4、认为岩石的损伤量、声发射同破坏单元数成正比。RFPA数值模拟方法同时还认为：1、将材料的不均匀性当单元变形使应力达到一定强度值时即作破坏处理（即假定单元性质近似为弹脆性的，但由于考虑了材料的非均匀性，材料的宏观性质则可能是具有软化或弱化关系的非线性性质）。2、破坏单元不具备抗拉能力，但具备一定的抗挤压能力。3、材料的非均匀性可以通过单元力学参数分布的非均匀性来表达。4、破坏单元的力学特性变化是不可逆的。5、基元相变前后均为线弹性体。1.3RFPA3D-Engineering研究的问题RFPA3D-Engineering工程版是在RFPA3D基本版基础之上推出的，秉承了RFPA系列软件在岩土破裂过程分析方面的特色，主要面向实际岩土工程应用分析，可对工程实体进行应力分析、位移监4测及声发射（微震）监控等。针对实际工程模型，可用RFPA自身建模、计算分析，亦可用PATRAN等大型通用商业软件建模，然后导入RFPA3D中进行计算分析，最后得到可视化的结果和具体量化的分析数据。5第二章RFPA3D-Engineering软件系统功能与特点RFPA3D-Engineering软件系统具有有好的用户交互界面，概括起来主要有以下功能：1、模拟岩石的破裂过程，真是模拟岩石力学实验室的各种类型的加载试验，包括单轴压缩、单轴拉伸、双向加载以及真三轴试验。2、模拟工程结构破坏过程。实现三点弯曲加载试验、四点弯曲加载试验以及桥梁、隧道等混凝土和岩石工程结构的破坏。63、模拟岩石破裂过程的声发射规律，从而研究岩石破裂过程的声发射频度与震级关系以及岩石失稳破坏的前兆特征等特点。74、模拟三维裂纹的扩展过程，包括裂纹的萌生、扩展以及贯通，还可以研究实现多裂纹之间的相互作用。5、允许模拟计算由于分步开挖引起的应力重新分布对进一步变形和破坏过程的影响，也就是说在模拟地下开采中伴随的破坏过程时更接近于实际情况。6、可以通过专门作图工具（见工具条介绍）考虑模拟材料的微8观缺陷，也可以考虑节理、裂隙等宏观缺陷。7、可以模拟自重引起的破坏过程。地下破坏、地表沉陷、采动影响下煤岩顶板冒落、边坡失稳等问题的模拟功能。下图是用软件系统在模拟的节理岩质边坡破坏过程图。8、增加了对多种统计分布函数如韦伯分布、正态分布、均匀分9布等在材料特性中的嵌入，来考虑材料力学参数（强度、弹模等）的非均匀性分布特征，从而可以从本质上研究岩石变形的非线性特征。10第三章RFPA3D-Engineering的使用3.1工作区介绍图像区：这是建立模型和查看计算结果图像的窗口，图像可以根据图像变换工具栏或者菜单栏进行调节位置、大小和方向，用右边的工具栏来选择图像的类型。图像区的最低下是图片的类型以及记载的步数信息，图像区的右边是图例，根据图像的颜色可以找到对应的数值的大小。11工程区：工程区最下有三个属性区。从左到右分别是设计区、剪裁区和结果区。主菜单：包括文件、编辑、查看、变换、曲线、设置以及窗口菜单。可以完成模型的建立、结果查看以及变换图像的大部分功能，后面详细介绍。图像变换工具栏：可以查看模型的前、后、左、右、上、下以及XYZ坐标轴下的垂直面，还可以分别把图像向上、下、左、右、12以及左上、右下、右上、左下移动以及绕X、Y或Z坐标轴转动的功能。计算过程中用户可以查看前面计算结果，可以直接在工具栏中输入需要跳转的步数和步中步，也可向前或向后的方式前后浏览。加载步结果浏览工具条图像选择工具栏图像选择工具栏：结果曲线有最大主应力、最小主应力、中间主应力、最大主应变、中间主应变、最小主应变以及X、Y、Z三个方向的位移、声发射分布、弹性模量、单轴抗压强度、损伤的结果图像。3.2菜单和工具栏介绍3.2.1File菜单13文件菜单命令可以使我们对设计工程实际问题并且计算过程中所涉及的各种各样的源文件进行管理文件菜单包括了以下命令：新建、打开、关闭、保存、另存为、打印、打印预览、打印设置、退出。这些命令功能作用详细说明如下：新建(New)用这一命令在系统内创建一个新的RFPA工程文档，通过新建文件对话框创建用户希望的工程文件夹的名称以及存放的位置。工具栏按钮图标:打开(Open)14用这一命令在系统内打开一个工程文件，因RFPA3D-Engineering软件系统是一个多文档软件，所以它允许打开多个文件，在窗口菜单里可以看见打开的多个文件的名字，用户也可以从文件菜单里快捷打开最近保存的四个文件。工具栏按钮图标:关闭(Exit)用这一命令在系统内关闭所有的窗口，包括当前活动的RFPA3D-Engineering软件系统工作平台，RFPA3D-Engineering软件系统在执行关闭命令时，建议用户保存已改变的工程文件，如果在关闭工程时没有保存，则用户对当前文件的所有改变将无效。在关闭没有命名的工程文件时，程序将显示另存为对话框，建议用户对工程文件命名并保存。保存(Save)用这一命令保存用户创建的工程文档，单击可保存活动工程文档，可用另起文件名或置于另一位置的办法来保存活动文档的副本。在进入RFPA3D-Engineering工作平台时，程序要求用户必须给新建的文档命名，这样可防止停电或