一种flac3d快速建模方法

一种flac3d快速建模方法

1flac3模型求解flac3d是由美国itasca开发的有限差分软件。它可以分析岩石和其他材料在三维结构上的压力。通过调整多面体单元来适应三维网格中的实际结构，单元材料可以采用线性或非线性本构模型。FLAC3D采用“显式拉格朗日”算法,能够准确模拟材料在达到强度极限或屈服极限时,发生的破坏或塑性流动的力学行为,特别适用于分析渐进破坏和失稳以及模拟大变形。FLAC3D中内置的摩尔-库伦塑性模型,适用于松散状和粘结状的粒状散体材料,土体、岩石等的力学行为(如边坡稳定问题和地下开挖)。所以FLAC3D在解决岩土工程问题上具有很大的优越性,是求解岩土工程问题的最理想工具之一。但是,FLAC3D在前处理建模以及网格划分方面却一直很不方便,模型建立只能靠数据文件来实现,不能做到完全真实的创建地质模型,比较复杂的模型在建立时十分困难,不易控制网格点数据,其所提供的初始单元只适用建立规则的三维岩土工程模型。然而,大型通用程序ANSYS是一个集结构、热、流体、电磁、声学于一体的大型通用有限元分析软件,经过更新换代,其功能更加强大、操作更为方便,兼容性和计算速度进一步提高。AN-SYS软件主要包括三个部分:前处理模块、分析计算模块和后处理模块。前处理模块提供了一个强大的实体建模及网格划分工具。在ANSYS中,对于复杂模型问题,首先建立其实体模型,然后网格化,获得有限元模型。这样做是因为其实体建模所需处理的数据量相对较小,而且支持使用布尔运算,能够进行自适应网格划分,便于几何改进和单元类型的变化。对于三维实体模型更为适合,可以满足任意实体模型的创建工作。因此,利用已有的建模与网格划分功能强大的ANSYS软件对复杂岩土工程建立相应数值模型,再导入FLAC3D中,建模就很快了。ANSYS可以自上而下直接建立实体模型,还可以通过自下而上依次生成点、线、面和体,从而建立实体模型。但是复杂的三维模型ANSYS创建过程较AutoCAD复杂,所以采用AutoCAD创建模型的基础节点与线框比应用ANSYS直接建模方便快捷的多。在AutoCAD中绘制二维工程图,再使用基于VBA自编的AutoCAD二维转三维程序完成模型三维线框生成,再导入AN-SYS中生成实体模型就方便多了。2基于ansys的模型建立由于所分析的模型图纸是以AutoCAD形式存在的,所以首先在AutoCAD中对节点与线条进行处理,完成基础数据整理,再使用基于VBA自编的AutoCAD二维转三维程序生成三维模型线框,同时将生成的三维模型线框保存为.DXF格式文件;接下来应用CAD_to_ANSYS转换软件将.DXF文件生成ANSYS可识别的.lgw格式文件,并将其导入ANSYS中,在ANSYS中完成三维实体模型的建立,同时进行相应的布尔运算,定义材料属性进行网格划分,得到FLAC3D所需模型。根据ANSYS初始单元体和FLAC3D初始单元体的关系以及ANSYS的节点文件(NLIST.Lis)和单元文件(ELIST.Lis)的特点再通过优化算法将ANSYS数据进行转化,直接生成FLAC3D可以识别的单元节点格式文件(*.Flac3d),然后在FLAC3D中读入(*Flac3d)文件,就可以快速生成FLAC3D基础模型,同时使用FLAC3D命令完成最终计算模型的定义。模型创建流程图如图1所示。3边坡变形机理分析针对依兰露天矿开采现状和煤岩赋存特征,实施分区陡帮横采内排改造方案,修改后的最终边坡角为45°,现需判断修改后的边坡是否稳定。边坡体地质岩层分布为第四系表土层、粉砂岩、油页岩、煤层、花岗岩,并且边坡体上部地表为排弃物。通过AutoCAD与ANSYS建立FLAC3D边坡模型如图2所示。经数值模拟计算,得到模型的最大主应力图和最大位移图(如图3~4),共同展现出边坡变形机理和表现形式。通过对边坡模型的应力分布图和位移分布图的分析,可以得出边坡整体处于稳定状态。由最大主应力图3可以看出应力的分布主要受边坡自身重力的影响。在竖直方向应力随着标高的降低而呈上升趋势,坡体受力均匀分布,未出现明显不规则变化。在水平方向(坡外方向),由于岩层面作用,使其在它附近的应力有所变化,基本顺着坡面方向一直延伸到坡脚处,没有出现应力集中现象,说明坡体受力均匀、平衡,处于稳态。从最大位移图4来看,边坡体整体处于稳定状态,潜在的破坏形式为坡面剥落滑移,但对边坡整体稳定不会有太多影响。边坡坡面潜在的剥落滑移区分布在坡面中上部,这是终帮台阶合并以及上部的粉砂岩共同作用造成的。终帮台阶合并导致较陡边坡,使上部边坡容易出现破坏现象;而上部边坡岩性以粉砂岩和油页岩为主,且二者均属于软岩,其岩体物理力学指标较低,抗破坏能力差。综合以上两方面原因,边坡整体处于稳定,边坡上部坡面破坏形式以剥落滑移为主。4通过数据预处理实现模型的建立本文作者创新点:运用ANSYS建立FLAC3D的模拟模型,并采用CAD进行基础数据处理,大大加快了建模速度,解决了FLAC3D前处理建模困难的问题。利用AutoCAD建立实体模型再导入ANSYS中进行网格划分,最后生成FLAC3D可识别的建模文件,通过这一途径可以在FLAC3D中生成复杂的模型,弥补了FLAC3D前处理功能不足的弱点,增强了FLAC3D的实用性;采用AutoCAD二次开