FLAC3D学习日记

实习日记2015年3月8日星期天晴时光匆匆走过，大学四年已经接近尾声。照例每年开学前一个月为实习时间，在这段时间里学校根据教学大纲里面的要求对学生进行理论和实际并重的教学，旨在培养学生的拓展意识和实际操作能力，以便更好地适应社会的要求。这个学期也同样不例外，我们也有将近一个月的时间实习。由于临近毕业，在做毕业设计时要用到数值模拟，而我们平时没有过系统的学习，所以在实习期间我将重点放在了学习数值模拟FLAC3D上。通过初步了解，我知道了FLAC3D(FastLagrangianAnalysisofContinua)由美国Itasca公司开发的仿真计算软件。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，其程序能够使用扩展内存。因此，大大发扩展了计算规模。FLAC3D是一个三维有限差分程序，目前已发展到V2.1版本2015年3月10日星期二晴既然在这以后几周内都要学习FLAC3D，那么我就要逐步的了解他，掌握它的一些基本知识。通过学习，我了解到相关的一些容易混淆的问题，并找到了答案：1.FLAC3D是有限元软件吗？答：不是，是有限差法软件。2.FLAC3D最先需要掌握的命令有哪些？答：需要掌握gen,ini,app,plo,solve等建模、初始条件、边界条件、后处理和求解的命令。3.怎样看模型的样子？答：ploblogro可以看到不同的group的颜色分布。4.怎样看模型的边界情况？答：plogpfixredsk5.怎样看模型的体力分布？答：plofapredsk6.怎样看模型的云图？答：位移：plocondis(xdis,ydis,zdis)应力：ploconsz(sy,sx,sxy,syz,sxz)7.怎样看模型的矢量图？答：plodis(xdis,ydis,zdis)8.怎样看模型有多少单元、节点？答：printinfo9.怎样输出模型的后处理图？答：File/Printtype/Jpgfile，然后选择File/Print，将保存格式选择为jpg文件。10.怎样调用一个文件？答：使用菜单File/call或者call命令。2015年3月12日星期四晴每次记诵一点点，时间长了就会积累很多知识。FLAC3D有很多基础知识，就需要我们不断地记诵，掌握：1.如何施加面力？答：appnstressran„„2.如何调整视图的大小、角度？答：综合使用x,y,z,m,Shift键，配合使用Ctrl+R，Ctrl+Z等快捷键。3.如何进行边界约束？答：fixxran„„（约束的是速度，在初始情况下约束等效于位移约束）4.如何知道每个单元的ID？答：使用鼠标双击单元的表面，可以知道单元的ID和坐标。5.如何进行切片？答：plosetplaneori(点坐标)norm(法向矢量)ploconszplane(显示z方向应力的切片)6.如何保存计算结果？答：savefilename(文件名可自定义)7.如何调用已保存的结果？答：使用菜单File/call或者命令restfilename(文件名可自定义)。8.如何暂停计算？答：运行中使用Esc命令。9.如何在程序中进行暂停，并可恢复计算？答：在命令中加入pause命令，键入continue命令后可恢复计算。10.如何跳过某个计算步？答：在计算中按空格键可跳过本次计算，自动进入下一步。2015年3月15日星期天晴每次碰到一个新的领域，我都会充满好奇心，不断地探究。往往是月探究就越让我痴迷，FLAC3D也是一样。我们在林志斌老师的带领下进一步深入了解、学习、掌握FLAC3D。第一堂课，林老师讲述了数值模拟的一些节本要领，基础知识，听得我应接不暇。之后我又熟悉基础知识，上网了解FLAC3D的一些其他情况。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。通过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采用了显式拉格朗日算法和混合-离散分区技术，能够非常准确地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是采用ANSIC++语言编写的。2009年Itasca公司推出flac3dv4.0，预计2012年第二季度将推出flac3dv5.0。2015年3月19日星期四晴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，几乎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。而且，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。2015年3月21日星期六晴FLAC3D的不足之处：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。3.前处理功能较弱，复杂三维模型的建立比较困难。2015年3月23日星期天晴FLAC3D中包括10种材料模型：1.开挖模型null2.3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）3.8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/软化遍布节理化模型、双屈服模型、霍克-布朗模型和修正的剑桥模型）。2015年3月24日星期二晴网格生成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。而且，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。2015年3月27日星期五晴FLAC3D的初始条件定义方式与FLAC相同。在边界区域可以指定速度（位移）边界条件或应力（力）边界条件。也可以给出初始应力条件，包括重力荷载以及地下水位线。所有的条件都充许指定变化梯度。FLAC3D还包含了模拟区域地下水流动、孔隙水压力的扩散以及可形的多孔隙固体和在孔隙内粘性流动流体的相互耦合。流体被认为是服从各向同性的达西定律。流体和孔隙固体中的颗粒是可变形的，将稳态流处理为紊态流可以模拟非稳态流。同时能够考虑固定的孔隙压力和常流的边界条件，也能模拟源和井。流体模型可以与结构的力学分析独立进行。2015年3月29日星期天晴FLAC3D的计算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。2015年3月31日星期二晴在不断地学习过程中我得到重大其父亲和收获，根据林老师给我们的模板，我写出了相应的隧道支护的数值模拟程序：newgenzoneradcylinderp0000p12000p20200p30020dim4444size1010610ratio1111.2groupsoilfillgrouptunnel;genzonereflectnorm-100origin000genzonereflectnorm00-1origin000savemodel.savmodelmohrpropyoung200e6poisson0.3coh60e3fric25rangez020inidens2100rangez020propyoung100e6poisson0.35coh20e3fric15rangez0-20inidens1900rangez0-20fixxrangex-19.9-20.1fixxrangex19.920.1fixyrangey-0.10.1fixyrangey19.920.1fixxyzrangez-20.1-19.9setgrav00-10plconszzsolveelassaveinistr.savinixdis0ydis0zdis0inistate0histid=1gpzdis004.0histid=2gpzdis00-4.0histid=3gpxdis00-4.0histid=4gpxdis004.0deftunexcaloopaa(1,10)dr=2by=dr*aa-drey=dr*aacommandplconzdispladdhist1modelnullrangecylinderend10by0end20ey0radius4.0step30grouplinrangecylinderend10by0end20ey0radius4.0cylinderend10by0end20ey0radius3.6notmodelelasrangegrouplinpropyoung3e10poisson0.2rangegrouplininixdis0ydis0zdis0rangegrouplinstep1000endcommandendloopendtunexcasaveexcaend.savpause;2015年4月2日星期四晴转眼实习时间一晃而过，关于FLAC3D这个软件我们也学习的差不多了，在FLAC3D实用教程和林志斌老师的双重帮助下，这段学习总算告一段落。在四月份，我们要完成开题报告，对于毕业设计有一个思路，在五月中旬前，拟好草稿，以便在五月中旬左右的预答辩上能得到老师的指点。时间还剩下袋盖两个月左右，我就要离开这个待了四年的地方，想想还真是舍不得。不管怎么说，在大学的最后阶段，一定要坚持到底，为我的大学生活画上一个圆满的句号。