Flac 3D 学习经验积累(by seapie)

用FLAC3D解决问题时，为了得到最有效的分析使模型最优化是很重要的。通过资料收集和作者本人经验，对改进模型的运行提供了一些方法建议。

一、学习经验积累

1、模型建立

1.1 考虑网格划分的密度

FLAC3D使用常应变单元。如果应力/应变曲线倾斜度比较高，那么你将需要许多区域来代表多变的分区。通过运行划分密度不同的同一个问题来检查影响。FLAC3D应用常应变区域，因为当用多的少节点单元与用比较少的多节点单元模拟塑性流动时相比更准确。（见理论卷第二章和实例卷中的塑性例子）。

应尽可能保持网格，尤其是重要区域网格的统一。避免长细比大于5:1的细长单元，并避免单元尺寸跳跃式变化（即应使用平滑的网格）。应用GENERATE命令中的比率关键词，使细划分区域平滑过渡到粗划分区域。

2、本构模型与材料属性

2.1 改变模型材料

FLAC3D 对一个模拟中所用的材料数没有限制。这个准则已经尺寸化，允许用户在自己所用版本的FLAC3D中最大尺寸网格的每个区域（假如设定的）使用不同的材料。

3、边界条件

3.1 初始应力场的加载

岩土工程除常应力场外一般均应加重力场set grav 0 0 -10.0，并应加单元的密度ini density dens1(kg/m3)。若还考虑构造应力场时，两种情况：

1 常构造应力，命令用apply，如apply sxx -1.0e5

2 递度构造应力，命令用ini，如ini sxx -80 grad 0 0 8.0，注意gz=8.0

注意：在加载SZZ或重力场时，程序自动按?(1??)的倍数关系加水平应力场，所以在通常的加载水平应力场时应考虑这部分的值。 3.2 边界约束初始化变量

在模拟基坑开挖过程时，在达到目的前通常要初始化网格顶点位移。因为计算次序法则不要求位移，所以可以初始化位移，这只是由网格顶点的速度决定，并有益于用户初始化速度却是一件难事。如果设定网格顶点的速度为一常数，那么这些点在设置否则前保持不变。所以，不要为了清除这些网格的速度而简单的初始化它们为零——这将影响模拟结果。然而，有时设定速度为零是有用的（例如，消除所有的动能）。 3.3 现场原位应力和重力加载问题

有很多问题在建模时需要考虑现场原位应力和重力的作用。这种问题的一个例子是深层矿业开挖－回填，此时大多数岩石受很高的原位应力区的影响（即，自重应力由于网孔尺寸的限制可

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以忽略不计），但是回填桩的放置使自重应力发展导致岩石在荷载作用下可能坍塌。在这些模拟中要注意的重点（因为任何一种模拟都有重力的作用）是网格的至少三个点在空间上应固定——否则，整个网格在重力作用下将转动。如果你曾经注意到整个网格在重力加速度矢量方向发生转动，那么你可能忘记在空间上固定网格了。 3.4 人工边界位置

当选择人工边界位置时应考虑如下几点：

（1）固定边界会引起对应力和位移的低估，而应力边界恰好相反。

（2）两种类型的边界条件“包括”真实的解答，因此，用它们进行两次计算，两次结果的平均值可能就是合理的对真实结果的评估。

（3）对弹性体来说，边界位置的影响更大，因为出现塑性特性时，位移和应力更加受到限制。

总之，最好的办法是：在进行详细分析计算之前，用不同的边界位置运算几次模型，以评估潜在的影响。

4、求解计算

4.1 检查模型运行时间

一个FLAC3D例子的运行时间是区域数的4/3倍。这个规则适用于平衡条件下的弹性问题。对于塑性问题，运行时间会有点改变，但是不会很大，但是如果发生塑性流动，这个时间将会大的多。对一个具体模型检查自己机子的计算速度很重要。一个简单的方法就是运行5.1节所给的基准测试。然后基于区域数的改变，用这个速度评估具体模型的计算速度。 4.2 影响运行时间的因素

FLAC3D有时会需要较长时间才可以收敛主要发生在下列情况下： (a)材料本身刚度变异或材料与结构及接触面之间的刚度差异很大。 (b)划分的区域尺寸相差很大。

这些尺寸差异越大编码就越无效。在做详细分析前应该研究刚度差异的影响。例如，一个荷载作用下的刚性板，可以用一系列顶点固定的网格代替，并施以等速度。（记住fix命令确定速度，而不是位移。）地下水的出现将使体积模量发生明显的增加——见理论卷第三章流体-固体相互作用分析。 4.3 检查模型反应

FLAC3D 显示了一个相试的物理系统是怎样变化的。做一个简单的试验证明你在做你认为你在做的事情。例如，如果荷载和实体在几何尺寸上都是对称的，当然反应也是对称的。改变了模型以后，执行几个时步（假如，5或10步），证明初始反应是正确的，并且发生的位置是正确的。对应力或位移的期望值做一个估计，与FLAC3D 的输出结果作比较。

如果你对模型施加了一个猛烈的冲击，你将会得到猛烈的反应。如果你对模型作了一些看起来不合理的事情，你一定要等待奇怪的结果。如果在分析的一个给定阶段，得到了意外值，那么回顾到这个阶段所用的时步。

在进行模拟前很关键的是检查输出结果。例如，除了一个角点速度很大外，一切都很合理，那么在你理解原因前不要继续下去。这种情况小，你可能没有给定适当的网格边界。 4.4 考虑选择阻尼

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对于静力分析，默认的阻尼是局部阻尼（见理论卷的1.1.3节），对于消除大多数网格顶点的速度分量周期性为零时的动能很有效。这是因为质量的调节过程依赖于速度的改变。局部阻尼对于求解静力平衡是一个非常有效的计算法则且不会引入错误的阻尼力（见Cundall 1987）。

如果在求解最后状态，重要区域的网格海域的速度分量不为零，那么说明默认的阻尼对于达到平衡状态是不够的。有另外一种形式的阻尼，叫组合阻尼，相比局部阻尼可以使稳定状态达到更好的收敛，这时网格将发生明显的刚性移动。例如，求解轴向荷载作用下桩的承载力或模拟蠕变时都可能发生。使用set mechanical damp combined命令来调用组合阻尼。组合阻尼对于减小动能方面不如局部阻尼有效，所以应注意使系统的动力激发最小化（ 见例3.14） 。可以用SET mechanical damp local命令转换到默认阻尼。 4.5 自动发现平衡状态

默认情况下，当执行SOLVE 命令时，系统将自动发现力的平衡。当模型中所有网格顶点中所有力的平均量级与其中最大的不平衡力的量级的比率小于1*10时，认为达到了平衡状态。注意一个网格顶点的力由内力（例如，由于重力）和外力（例如，由于所加的应力边界条件）共同引起。因为比率是没有尺寸的，所以对于有不同的单元体系的模型，在大多数情况下，不平衡力和所加力比率的限制给静力平衡提供了一个精确的限制。

同时还提供了其他的比率限制；可以用SET ratio 命令施加。如果默认的比率限制不能为静力平衡提供一个足够精确的限制，那么应考虑可供选择的比率限制。

默认的比率限制同样可用于热分析和流体分析的稳定状态求解。对于热分析，是对不平衡热流量和所加的热流量量级进行评估，而不是力。对于流体分析，对不平衡流度和所加流度量级进行评估。

4.6 最小化静力分析的瞬时效应

对于连续性静力分析，经过许多阶段逐步接近结果是很重要的——即，当问题条件突然改变时，通过最小化瞬时波的影响，使结果更加“静力”。使FLAC3D解决办法更加静态的方法有两种。

1）当突然发生一个变化时（例如，通过使区域值为零模拟开挖），设定强度性能为很高的值以得到静力平衡。然后为了确保不平衡力很低，设定性能为真实值，再计算，这样，由瞬时现象引起的失败就不会发生了。

2）当移动材料时，用FISH 函数或表格记录来逐步减少荷载。

5、后处理

6、其它技巧

二、常用fis命令流集

1、模型建立

gen zone reflect dip -90 dd 0 origin x03,y03,z03 ;单元映射(点方式) gen zone reflect normal 0 1 0 ;单元映射(面方式)

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