一種flac3d快速建模方法

一種flac3d快速建模方法

1flac3模型求解flac3d是由美國itasca開發(fā)的有限差分軟件。它可以分析巖石和其他材料在三維結(jié)構(gòu)上的壓力。通過調(diào)整多面體單元來適應(yīng)三維網(wǎng)格中的實際結(jié)構(gòu)，單元材料可以采用線性或非線性本構(gòu)模型。FLAC3D采用“顯式拉格朗日”算法,能夠準(zhǔn)確模擬材料在達(dá)到強度極限或屈服極限時,發(fā)生的破壞或塑性流動的力學(xué)行為,特別適用于分析漸進破壞和失穩(wěn)以及模擬大變形。FLAC3D中內(nèi)置的摩爾-庫倫塑性模型,適用于松散狀和粘結(jié)狀的粒狀散體材料,土體、巖石等的力學(xué)行為(如邊坡穩(wěn)定問題和地下開挖)。所以FLAC3D在解決巖土工程問題上具有很大的優(yōu)越性,是求解巖土工程問題的最理想工具之一。但是,FLAC3D在前處理建模以及網(wǎng)格劃分方面卻一直很不方便,模型建立只能靠數(shù)據(jù)文件來實現(xiàn),不能做到完全真實的創(chuàng)建地質(zhì)模型,比較復(fù)雜的模型在建立時十分困難,不易控制網(wǎng)格點數(shù)據(jù),其所提供的初始單元只適用建立規(guī)則的三維巖土工程模型。然而,大型通用程序ANSYS是一個集結(jié)構(gòu)、熱、流體、電磁、聲學(xué)于一體的大型通用有限元分析軟件,經(jīng)過更新?lián)Q代,其功能更加強大、操作更為方便,兼容性和計算速度進一步提高。AN-SYS軟件主要包括三個部分:前處理模塊、分析計算模塊和后處理模塊。前處理模塊提供了一個強大的實體建模及網(wǎng)格劃分工具。在ANSYS中,對于復(fù)雜模型問題,首先建立其實體模型,然后網(wǎng)格化,獲得有限元模型。這樣做是因為其實體建模所需處理的數(shù)據(jù)量相對較小,而且支持使用布爾運算,能夠進行自適應(yīng)網(wǎng)格劃分,便于幾何改進和單元類型的變化。對于三維實體模型更為適合,可以滿足任意實體模型的創(chuàng)建工作。因此,利用已有的建模與網(wǎng)格劃分功能強大的ANSYS軟件對復(fù)雜巖土工程建立相應(yīng)數(shù)值模型,再導(dǎo)入FLAC3D中,建模就很快了。ANSYS可以自上而下直接建立實體模型,還可以通過自下而上依次生成點、線、面和體,從而建立實體模型。但是復(fù)雜的三維模型ANSYS創(chuàng)建過程較AutoCAD復(fù)雜,所以采用AutoCAD創(chuàng)建模型的基礎(chǔ)節(jié)點與線框比應(yīng)用ANSYS直接建模方便快捷的多。在AutoCAD中繪制二維工程圖,再使用基于VBA自編的AutoCAD二維轉(zhuǎn)三維程序完成模型三維線框生成,再導(dǎo)入AN-SYS中生成實體模型就方便多了。2基于ansys的模型建立由于所分析的模型圖紙是以AutoCAD形式存在的,所以首先在AutoCAD中對節(jié)點與線條進行處理,完成基礎(chǔ)數(shù)據(jù)整理,再使用基于VBA自編的AutoCAD二維轉(zhuǎn)三維程序生成三維模型線框,同時將生成的三維模型線框保存為.DXF格式文件;接下來應(yīng)用CAD_to_ANSYS轉(zhuǎn)換軟件將.DXF文件生成ANSYS可識別的.lgw格式文件,并將其導(dǎo)入ANSYS中,在ANSYS中完成三維實體模型的建立,同時進行相應(yīng)的布爾運算,定義材料屬性進行網(wǎng)格劃分,得到FLAC3D所需模型。根據(jù)ANSYS初始單元體和FLAC3D初始單元體的關(guān)系以及ANSYS的節(jié)點文件(NLIST.Lis)和單元文件(ELIST.Lis)的特點再通過優(yōu)化算法將ANSYS數(shù)據(jù)進行轉(zhuǎn)化,直接生成FLAC3D可以識別的單元節(jié)點格式文件(*.Flac3d),然后在FLAC3D中讀入(*Flac3d)文件,就可以快速生成FLAC3D基礎(chǔ)模型,同時使用FLAC3D命令完成最終計算模型的定義。模型創(chuàng)建流程圖如圖1所示。3邊坡變形機理分析針對依蘭露天礦開采現(xiàn)狀和煤巖賦存特征,實施分區(qū)陡幫橫采內(nèi)排改造方案,修改后的最終邊坡角為45°,現(xiàn)需判斷修改后的邊坡是否穩(wěn)定。邊坡體地質(zhì)巖層分布為第四系表土層、粉砂巖、油頁巖、煤層、花崗巖,并且邊坡體上部地表為排棄物。通過AutoCAD與ANSYS建立FLAC3D邊坡模型如圖2所示。經(jīng)數(shù)值模擬計算,得到模型的最大主應(yīng)力圖和最大位移圖(如圖3~4),共同展現(xiàn)出邊坡變形機理和表現(xiàn)形式。通過對邊坡模型的應(yīng)力分布圖和位移分布圖的分析,可以得出邊坡整體處于穩(wěn)定狀態(tài)。由最大主應(yīng)力圖3可以看出應(yīng)力的分布主要受邊坡自身重力的影響。在豎直方向應(yīng)力隨著標(biāo)高的降低而呈上升趨勢,坡體受力均勻分布,未出現(xiàn)明顯不規(guī)則變化。在水平方向(坡外方向),由于巖層面作用,使其在它附近的應(yīng)力有所變化,基本順著坡面方向一直延伸到坡腳處,沒有出現(xiàn)應(yīng)力集中現(xiàn)象,說明坡體受力均勻、平衡,處于穩(wěn)態(tài)。從最大位移圖4來看,邊坡體整體處于穩(wěn)定狀態(tài),潛在的破壞形式為坡面剝落滑移,但對邊坡整體穩(wěn)定不會有太多影響。邊坡坡面潛在的剝落滑移區(qū)分布在坡面中上部,這是終幫臺階合并以及上部的粉砂巖共同作用造成的。終幫臺階合并導(dǎo)致較陡邊坡,使上部邊坡容易出現(xiàn)破壞現(xiàn)象;而上部邊坡巖性以粉砂巖和油頁巖為主,且二者均屬于軟巖,其巖體物理力學(xué)指標(biāo)較低,抗破壞能力差。綜合以上兩方面原因,邊坡整體處于穩(wěn)定,邊坡上部坡面破壞形式以剝落滑移為主。4通過數(shù)據(jù)預(yù)處理實現(xiàn)模型的建立本文作者創(chuàng)新點:運用ANSYS建立FLAC3D的模擬模型,并采用CAD進行基礎(chǔ)數(shù)據(jù)處理,大大加快了建模速度,解決了FLAC3D前處理建模困難的問題。利用AutoCAD建立實體模型再導(dǎo)入ANSYS中進行網(wǎng)格劃分,最后生成FLAC3D可識別的建模文件,通過這一途徑可以在FLAC3D中生成復(fù)雜的模型,彌補了FLAC3D前處理功能不足的弱點,增強了FLAC3D的實用性;采用AutoCAD二次開