flac3D蠕变基础知识
蠕变模型
将flac3d的蠕变分析option进行了简单的翻译，目的是为了搞清楚蠕变过程中系统时间是如何跟真实时间对应的。
1. 简介
Flac3d可以模拟材料的蠕变特性，即时间依赖性，flac3d2.1提供6种蠕变模型：
1. 经典粘弹型模型model viscous
2. model burger
3. model power
4. model wipp
5. model cvisc
6. powe蠕变模型结合M-C模型产生cpow蠕变模型（model cpow）
7. 然后WIPP蠕变模型结合D-P模型产生Pwipp蠕变模型（model pwipp）；
8 model cwipp
以上模型越往下越复杂，第一个模型使用经典的maxwell蠕变公式，第二个模型使用经典的burger蠕变公式，第三个模型主要用于采矿及地下工程，第四个模型一般用于核废料地下隔离的热力学分析，第五个模型是第二个模型的M-C扩展，第六个模型是第三个模型的M-C 扩展，第七个模型是第四个模型的D-P扩展，第八个模型也是第四个模型的一种变化形式，只是包含了压硬和剪缩行为。
2. flac3d解流变问题
2.1简介
流变模型和flac3d其他模型最大的不同在于模拟过程中时间概念的不同，对于蠕变，求解时间和时间步代表着真实的时间，而一般模型的静力分析中，时间步是一个人为数量，仅仅作为计算从迭代到稳态的一种手段来使用。
2.2 flac3d的蠕变时间步长
对于蠕变等时间依赖性问题，flac3d容许用户自定义一个时间步长，这个时间步长的默认值为零，那么材料对于粘弹性模型表现为线弹性，对于粘塑性模型表现为弹塑性。（命令set creep off也可以用来停止蠕变计算。）这可以用来在系统达到平衡后再开始新的蠕变计算。蠕变公式中包含时间，所以计算中时间步长对程序响应有影响。
虽然用户可以对时间步进行设置，但并不是任意的。
蠕变过程由偏应力状态控制，从数值计算的精度来讲，最大蠕变时间步长可以表示成材料粘性常数和剪切模量的比值：
For the power law ----------省略。For the WIPP law -----------省略
For the cvisc model, 上面方程应该写成：tmax = min ( ηK/GK，ηM/GM)
上标K和M分别代表Kelvin和Maxwell。
蠕变压缩的时间限制包括系统体积反应，并且估计为粘性和体积模量的比值。粘性可以表示为σ和体积蠕变压缩速率的比值。
建议利用FLAC3D作蠕变分析开始时所采用的蠕变时间步，比根据上式算得的时间tmax 小两到三个数量级。通过调用SET creep dt auto on ，可以利用自动时间步自动调整。作为
一项规则，时间步的最大值（SET creep maxdt ）不能超过tmax。
用来计算tmax的应力σ大小，可由蠕变开始之前的初始应力状态决定。同样，σ作为von Mises不变量，可以用FISH函数计算。
涉及体积变化响应的蠕变分析，其最大时间步长可以表示成材料粘性常数和体积模量的比值，这里粘性常数就是平均应力和蠕变体应变率的比值。
一般flac3d推荐使用的初始蠕变时间步长比最大时间步长（由上述公式计算得到的）约小2到3个数量级。如果使用set creep dt auto on命令，那么程序将自动调整蠕变的时间步长，同样应当记住通过命令（set creep maxdt）设置的最大蠕变时间步不能超过。
2.3自动调整蠕变时间步长
用户可以设置蠕变时间步为一个常数值，也可以使用set creep dt auto on命令自动调节。如果时间步长自动变化，那么当最大不平衡力超过某一阀值时，它就会减小；当最大不平衡力小于某一水平时它就会增大。系统将该阀值定义为最大不平衡力和平均节点力的比值。
对于即将求解的问题，先只考虑弹性效应，通过观察接近初始平衡状态时的不平衡力就可以大概知道整个问题的不平衡力大小。
在有些算例中，又会尽量避免对时间步长的连续调整，这样的话，在某一次时间步长调整之后，可以定义一个“延迟阶段”（比如100步），在这一“延迟阶段”内不再发生进一步的时间步长调整。一般来说，为了适应开挖之类的瞬变，时间步长一开始是一个较小值，然后在模拟过程中增大，如果再发生瞬变，最好人工调小时间步长，然后让它自动增大。
要解决问题的典型的不平衡力准则，可以通过观察只有弹性作用的初始阶段接近平衡时的不平衡力来决定。很多情况下通过逐渐增大或减小时间步可以达到很好的性能。（例如默认比值lmul = 1.01和umul = 0.90).一些情况下，最好避免对时间步进行连续调整，这可能产生“干扰”。为了达到这个目的，时间步发生改变后应有一个“等待时间”（比如：100步），让系统暂停，这段时间中时间步不做进一步调整。通常时间步开始与小的数值来适应短暂的过程比如开挖，然后随模拟进程增加。如果增加一个短暂过程，则需要手工减小时间步然后在让其自动增加。命令SET creep用来设置时间步以及时间步自动调整所需要的参数。
2.4蠕变模型的指令输入
2.4.1 flac3d命令
Config creep 这个命令必须使用，以便开始蠕变分析。
History dt 时间步长
Crtime 蠕变时间
Model viscous 经典粘弹性模型
Print creep 显示蠕变模型的参数信息
Zone prop 显示分配给单元的材料属性
Property
bulk（弹性体积模量，K）Shear（弹性剪切模量，G）Viscosity（动力粘性常数，）
Set creep age t 使用solve求解蠕变问题，t是蠕变时间的限值。
Set creep dt **
Set creep mindt=** maxdt=**
Set creep Dt Auto on/ Auto off
T就是蠕变时间步长，如果不进行赋值，则默认为mindt。Auto on auto off是自动
调整时间步长开关，默认为关；设置为开时，要通过关键字lfob，ufob，lmul，umul和latency 来控制时间步长。
Lfob v 不平衡力比率低于v值，则时间步长自动增大。默认为
Ufob v 不平衡力比率超过v值，则时间步长自动减小。默认为5.0*
Lmul v 不平衡力比率低于lfob，则时间步长自动乘以v值，lmul必须大于1，默认为1.01
Umul v 不平衡力比率超过ufob，则时间步长自动乘以v值，lmul必须小于1，默认为0.90
Latency v 延长阶段的时间步数
Maxdt v 最大蠕变时间步长，默认没有限制，但是设置的时候最好不要超过Mindt v 最小蠕变时间步长，默认为零
On 蠕变时间开关，一旦确认蠕变分析（config creep）则默认为开Off
Time t 蠕变开始的时间，默认为t
Solve age t config creep后，t为蠕变计算的时间限值
FISH中可以用的变量
crdt --------creep timestep crtime-------- creep time
2.4.2 property
经典粘弹性（Maxwell介质）— MODEL viscous
(1) bulk 弹性体积模量, K
(2) shear 弹性抗剪模量, G
(3) viscosity 动态粘滞度, η
Burger’s Model — MODEL burger
(1) bulk 弹性体积模量, K
(2) kshear 开尔文抗剪模量, GK
(3) kviscosity 开尔文粘性系数, ηK
(4) mshear 麦斯韦尔剪切模量, GM
(5) mviscosity 麦斯韦尔粘性系数, ηM
Burger-Creep 粘塑性模型— MODEL cvisc
(1) bulk 弹性体积模量, K
(2) cohesion 内聚力, c
(3) dilation 膨胀角, ψ
(4) friction 内摩擦角, φ
(5) kshear 开尔文抗剪模量, GK
(6)kviscosity 开尔文粘性系数, ηK
(7) mshear 麦斯韦尔剪切模量, GM
(8)tension 极限抗拉强度, σt
(9) mviscosity 麦斯韦尔粘性系数, ηM
3. 蠕变的例子－FLAC3D处理二维问题（采用蠕变模型）
new
gen zone brick size 8 1 22 p0 0 0 -6 p1 4.2 0 -6 p2 0 1 -6 p3 0 0 5
pause ；建立模型
inter 1 face range x 4.1 4.3 y 0 1 z -6 5；加3个接触面
inter 2 face range x 0 4.2 y 0 1 z -5.9 -6.1
inter 3 face range x -.1 .1 y 0 1 z 5 -6
pause；
gen zone brick size 30 1 22 p0 4.2 0 -6 p1 50 0 -6 p2 4.2 1 -6 p3 4.2 0 5 ratio 1.05 1 1
pause；
gen zone brick size 1 20 10 p0 0,0 0 p1 0 1 0 p2 -20 0 0 p3 0 0 5 ratio 1 1.1 1
pause；
gen zone brick size 12 20 1 p0 0 0 0 p1 0 0 -6 p2 -20 0 0 p3 0 1 0 ratio 1 1.1 1
pause；
gen zone brick size 30 20 1 p0 4.2 0 -6 p1 50 0 -6 p2 4.2 0 -55 p3 4.2 1 -6 ratio 1.05 1.1 1 pause；
gen zone brick size 8 20 1 p0 0 0 -6 p1 4.2 0 -6 p2 0 0 -55 p3 0 1 -6 ratio 1 1.1 1
pause；
gen zone brick size 20 20 1 p0 0 0 -6 p1 0 0 -55 p2 -20 0 -6 p3 0 1 -6 ratio 1.1 1.1 1
pause；
group soil ；定义组
group exca1 range x -20 0 y 0 1 z 3 5
group exca2 range x -20 0 y 0 1 z 0 3
group mixingpiles range x 0 4.2 z -6 5
；边界约束
fix x range x -19.9 -20.1
fix x range x 50.1 49.9
fix y
fix z range z -55.1 -54.9
=============================================
config creep；启动蠕变模块
def burcal
bkk=bme/(3*(1-2*b1)) ‘bkk——k(体积模量);bme——E（弹性模量）；b1——泊松比；
bk1=bke/(2*(1+b1)) ‘bke——
bk2=bme/(2*(1+b1)) ‘bk2——G（剪切模量）；bme——E（弹性模量）；b1——泊松比；kshear 开尔文抗剪模量, GK
bvis1=vis1 ‘vis——kviscosity 开尔文粘性系数, ηK
bvis2=vis2
end
set bme=1.35714
set bke=3.25714
set b1=0.35
set vis1=1.35714
set vis2=19.2857
burcal
model moh range group mixingpiles；定义本构
model burger range group soil any group exca1 any group exca2 any
prop b b1 ksh bke msh bme kvis vis1 mvis vis2 range group soil any group exca1 any group exca2 any
prop s 1e9 b 2e9 c 2e10 range group mixingpiles；赋材料属性
ini dens=1900 range group mixingpiles；定义密度
ini dens=1800 range group soil any group exca1 any group exca2 any
inter 1 prop fric 40 kn 1e8 ks 1e8 ten 0；给接触面赋材料属性
inter 2 prop fric 40 kn 1e8 ks 1e8 ten 0
inter 3 prop fric 40 kn 1e8 ks 1e8 ten 0
set grav 0 0 -10；重力加速度
ini syy -4.5e4 grad 0 0 0.9e4；初始应力平衡
ini sxx -4.5e4 grad 0 0 0.9e4
ini szz -9e4 grad 0 0 1.8e4
pause;初试平衡求解前
solve
pause;初试平衡求解结果
ini xdis 0 ydis 0 zdis 0 ；初始位移为零
============================================
set creep mindt=1e-2 maxdt=1
set creep on；开启蠕变计算
his unbal
his gp xdis 0. 0.5 5
his crtime
model null range group exca1；开挖第一步
solve age 6；蠕变计算
pause;开挖第一步求解结果
model null range group exca2；开挖第二步
solve age 12 ;开挖第2步求解结果
3.1开挖后围岩随时间变化的例子
model cvisc(或其它的蠕变本构模型)
proper 各种蠕变参数
hist id 1 crtime 记录蠕变时间
hist id 2 gp xdisp 一点的三维坐标
hist id 3 gp ydisp 一点的三维坐标
hist id 4 gp zdisp 一点的三维坐标
plot hist 2 vs 1
plot hist 3 vs 1
plot hist 4 vs 1
solve age 天数或小时（根据蠕变参数中的粘性系数的单位来统一起来）
save 文件名
hist write 2 3 4 vs 1 file 文件名
遵照上面的步骤，再丰富一下就可以求得开挖后围岩随时间变化的位移曲线。但必须清楚“开挖后围岩随时间变化”的问题是一个岩体流变（蠕变）的问题，这超出了开挖瞬态（static）计算的范畴。
实例分析命令： 1. X ，Y ，Z 旋转 Shift+ X ，Y ，Z 反向旋转 Gen zone ……；model ……；prop ……（材料参数）；set grav 0,0,-9.81（重力加速度） plot add block group red yellow 把在group 中的部分染成红色和黄色 plot add axes black 坐标轴线为黑色；print zone stress% K 单元应力结果输出 ini dens 2000 ran z a b （设置初始密度，有时不同层密度不同）；ini ……（设置初始条件）；fix ……（固定界面） set plot jpg ；set plot quality 100 ；plot hard file 1.jpg 图像输出（格式、像素、名称） plot set magf 1.0视图的放大倍数为1.0；plo con szz z 方向应力云图 2. ini z add -1 range group one 群one 的所有单元，在z 方向上向下移动1m ；然后合并 命令 gen merge 1e-5 range z 0此命令是接触面单元合并成一个整体，1e-5是容差 3. (基坑开挖步骤)：Step 1: create initial model state （建立初始模型）Step 2: excavate trench （开挖隧道） 4. group Top range group Base not 定义（群组Base 以外的为）群组Top 5. plot blo gro 使得各个群组不同颜色显示 6. （两个部分间设置界面；切割法）：gen separate Top 使两部分的接触网格分离 为两部分；interface 1 wrap Base Top 在（Base 和Top ）这两部分之间添加接触单元；plot create view_int 显示，并创建标题view_int ；plot add surface 显示表面；plot add interface red 界面颜色红色 7. （简单的定义函数及运行函数）new ；def setup 定义函数setup ；numy = 8定义常 量numy 为8；depth = 10.0 定义depth 为10；end 结束对函数的定义；setup 运行函数setup 8. （隧道生成）上部圆形放射性圆柱及下部块体单元体的建立，然后镜像。 9. 模拟模型的材料问题时为什么要去定义某个方向上的初始速度？— 10. 渐变应力施加：apply nstress -1e6 gradient 0,0,1e5 range z 3.464,0 plane dip 60 dd 270 origin .1 0 0；施加法向应力：apply nstress -1e6 range plane dip 60 dd 270 origin .1 0 0 11. d ip dd 确定平面位置使用：（纠结） 12. p rint gp position range id=14647 输出节点坐标 13. a pply sxx -10e6 gradient 0 , 0, 1e5 range z -100 , 0在这个求解方程中，z 为变量，所以xx σ为：65=-1010+10xx z σ?? ；原点（0,0,0） 14. f ree x range x -.1 .1 z 6.9 10.1放松x=0 平面上，z=7，10 这一部分在x 方向的约 束（可以在此处产生破坏） 15. 体积模量K 和剪切模量G 与杨氏模量及泊松比v 之间的转换关系如下： =3(1-2v)E K G=2(1+v) E 16. 一般而言，大多数问题可以采用FLAC 3D 默认的收敛标准（或称相对收敛标准），即当体 系最大不平衡力与典型内力的比率R 小于定值10-5；（也可由用户自定义该值，命令：
FLAC 3D 基础知识介绍 一、概述 FLAC（Fast Lagrangian Analysis of Continua ）由美国Itasca 公司开发的。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，其程序能够使用护展内存。因此，大大发护展了计算规模。FLAC3D是一个三维有限差分程序，目前已发展到V3.0 版本。 FLAC3D的输入和一般的数值分析程序不同，它可以用交互的方式，从键盘输入各种命令，也可以写成命令（集）文件，类似于批处理，由文件来驱动。因此，采用FLAC程序进行计算，必须了解各种命令关键词的功能，然后，按照计算顺序，将命令按先后，依次排列，形成可以完成一定计算任务的命令文件。 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。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，网格能够相应发生变形和移动（大变形模式）。FLAC3D 采用的显式拉格朗日算法和混合-离散分区技术，能够非常准确的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。
三维快速拉格朗日法是一种基于三维显式有限差分法的数值分析 方法，它可以模拟岩土或其他材料的三维力学行为。三维快速拉格朗日分析将计算区域划分为若干四面体单元，每个单元在给定的边界条件下遵循指定的线性或非线性本构关系，如果单元应力使得材料屈服或产生塑性流动，则单元网格可以随着材料的变形而变形，这就是所 谓的拉格朗日算法，这种算法非常适合于模拟大变形问题。三维快速 拉格朗日分析采用了显式有限差分格式来求解场的控制微分方程，并应用了混合单元离散模型，可以准确地模拟材料的屈服、塑性流动、软化直至大变形，尤其在材料的弹塑性分析、大变形分析以及模拟施工过程等领域有其独到的优点。 FLAC-3D(Three Dimensional Fast Lagrangian Analysis of Continua)是美国Itasca Consulting Goup lnc 开发的三维快速拉格朗日分析程序，该程序能较好地模拟地质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。它包含10种弹塑性材料本构模型，有静力、动力、蠕变、渗流、温度五种计算模式，各种模式间可以互相藕合，可以模拟多种结构形式，如岩体、土体或其他材料实体，梁、锚元、桩、壳以及人工结构如支护、衬砌、锚索、岩栓、土工织物、摩擦桩、板桩、界面单元等，可以模拟复杂的岩土工程或力学问题。 FLAC3D采用ANSI C++语言编写的。 二、FLAC3D的优点与不足 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
FLAC 3D基础知识介绍 一、概述 FLAC(Fast Lagrangian Analysis of Continua)由美国Itasca公司开发的。目前,FLAC有二维与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,其程序能够使用护展内存。因此,大大发护展了计算规模。FLAC3D就是一个三维有限差分程序,目前已发展到V3、0版本。 FLAC3D的输入与一般的数值分析程序不同,它可以用交互的方式,从键盘输入各种命令,也可以写成命令(集)文件,类似于批处理,由文件来驱动。因此,采用FLAC程序进行计算,必须了解各种命令关键词的功能,然后,按照计算顺序,将命令按先后,依次排列,形成可以完成一定计算任务的命令文件。 FLAC3D就是二维的有限差分程序FLAC2D的护展,能够进行土质、岩石与其它材料的三维结构受力特性模拟与塑性流动分析。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,网格能够相应发生变形与移动(大变形模式)。FLAC3D采用的显式拉格朗日算法与混合-离散分区技术,能够非常准确的模拟材料的塑性破坏与流动。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。 三维快速拉格朗日法就是一种基于三维显式有限差分法的数值分析方法,它可以模拟岩土或其她材料的三维力学行为。三维快速拉格朗日分析将计算区域划分为若干四面体单元,每个单元在给定的边界条件下遵循指定的线性或非线性本构关系,如果单元应力使得材料屈服或产生塑性流动,则单元网格可以随着材料的变形而变形,这就就是所谓的拉格朗日算法,这种算法非常适合于模拟大变形问题。三维快速拉格朗日分析采用了显式有限差分格式来求解场的控制微分方程,并应用了混合单元离散模型,可以准确地模拟材料的屈服、塑性流动、软化直至大变形,尤其在材料的弹塑性分析、大变形分析以及模拟施工过程等领域有其独到的优点。 FLAC-3D(Three Dimensional Fast Lagrangian Analysis of Continua)就是美国Itasca Consulting Goup lnc开发的三维快速拉格朗日分析程序,该程序能较好地模拟地质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与失稳以及模拟大变形。它包含10种弹塑性材料本构模型,有静力、动力、蠕变、渗流、温度五种计算模式,各种模式间可以互相藕合,可以模拟多种结构形式,如岩体、土体或其她材料实体,梁、锚元、桩、壳以及人工结构如支护、衬砌、锚索、岩栓、土工织物、摩擦桩、板桩、界面单元等,可以模拟复杂的岩土工程或力学问题。 FLAC3D采用ANSI C++语言编写的。 二、FLAC3D的优点与不足
第1部分命令流按照顺序进行 2-1定义一个FISH函数 new def abc abc = 25 * 3 + 5 End print abc 2-2使用一个变量 new def abc hh = 25 abc = hh * 3 + 5 End Print hh Print abc 2-3对变量和函数的理解 new def abc hh = 25 abc = hh * 3 + 5 End set abc=0 hh=0 print hh print abc print hh new def abc abc = hh * 3 + 5 end set hh=25 print abc set abc=0 hh=0 print hh print abc print hh 2-4获取变量的历史记录 new gen zone brick size 1 2 1 model mohr prop shear=1e8 bulk=2e8 cohes=1e5 tens=1e10 fix x y z range y -0.1 0.1 apply yvel -1e-5 range y 1.9 2.1 plot set rotation 0 0 45
plot block group def get_ad ad1 = gp_near(0,2,0) ad2 = gp_near(1,2,0) ad3 = gp_near(0,2,1) ad4 = gp_near(1,2,1) end get_ad def load load=gp_yfunbal(ad1)+gp_yfunbal(ad2)+gp_yfunbal(ad3)+gp_yfunbal(ad4) end hist load hist gp ydis 0,2,0 step 1000 plot his 1 vs -2 2-5用FISH函数计算体积模量和剪砌模量 new def derive s_mod = y_mod / (2.0 * (1.0 + p_ratio)) b_mod = y_mod / (3.0 * (1.0 - 2.0 * p_ratio)) end set y_mod = 5e8 p_ratio = 0.25 derive print b_mod print s_mod 2-6 在FLAC输入中使用符号变量 New def derive s_mod = y_mod / (2.0 * (1.0 + p_ratio)) b_mod = y_mod / (3.0 * (1.0 - 2.0 * p_ratio)) end set y_mod = 5e8 p_ratio = 0.25 derive gen zone brick size 2,2,2 model elastic prop bulk=b_mod shear=s_mod print zone prop bulk print zone prop shear 2-7 控制循环 New def xxx sum = 0 prod = 1 loop n (1,10)
flac3D蠕变基础知识 分类：岩土蠕变 | 标签：FLAC3D creep 2009-06-09 18:37 阅读(1422)评论(0) 收集了一些FLAC3D的蠕变基础知识，希望对有需要的人起到帮助作用，欢迎下载！ 蠕变模型 将flac3d的蠕变分析option进行了简单的翻译，目的是为了搞清楚蠕变过程中系统时间是如何跟真实时间对应的。 1. 简介 Flac3d可以模拟材料的蠕变特性，即时间依赖性，flac3d2.1提供6种蠕变模型： 1. 经典粘弹型模型model viscous 2. model burger 3. model power 4. model wipp 5. model cvisc 6. powe蠕变模型结合M-C模型产生cpow蠕变模型（model cpow） 7. 然后WIPP蠕变模型结合D-P模型产生Pwipp蠕变模型（model pwipp）； 8 model cwipp 以上模型越往下越复杂，第一个模型使用经典的maxwell蠕变公式，第二个模型使用经典的burger蠕变公式，第三个模型主要用于采矿及地下工程，第四个模型一般用于核废料地下隔离的热力学分析，第五个模型是第二个模型的M-C扩展，第六个模型是第三个模型的M-C扩展，第七个模型是第四个模型的D-P扩展，第八个模型也是第四个模型的一种变化形式，只是包含了压硬和剪缩行为。 2. flac3d解流变问题 2.1简介
流变模型和flac3d其他模型最大的不同在于模拟过程中时间概念的不同，对于蠕变，求解时间和时间步代表着真实的时间，而一般模型的静力分析中，时间步是一个人为数量，仅仅作为计算从迭代到稳态的一种手段来使用。 2.2 flac3d的蠕变时间步长 对于蠕变等时间依赖性问题，flac3d容许用户自定义一个时间步长，这个时间步长的默认值为零，那么材料对于粘弹性模型表现为线弹性，对于粘塑性模型表现为弹塑性。（命令set creep off也可以用来停止蠕变计算。）这可以用来在系统达到平衡后再开始新的蠕变计算。蠕变公式中包含时间，所以计算中时间步长对程序响应有影响。 虽然用户可以对时间步进行设置，但并不是任意的。 蠕变过程由偏应力状态控制，从数值计算的精度来讲，最大蠕变时间步长可以表示成材料粘性常数和剪切模量的比值： For the power law ----------省略。For the WIPP law -----------省略 For the cvisc model, 上面方程应该写成：tmax = min ( ηK/GK，ηM/GM) 上标K和M分别代表Kelvin和Maxwell。 蠕变压缩的时间限制包括系统体积反应，并且估计为粘性和体积模量的比值。粘性可以表示为σ和体积蠕变压缩速率的比值。 建议利用FLAC3D作蠕变分析开始时所采用的蠕变时间步，比根据上式算得的时间tmax小两到三个数量级。通过调用SET creep dt auto on ，可以利用自动时间步自动调整。作为一项规则，时间步的最大值（SET creep maxdt ）不能超过tmax。 用来计算tmax的应力σ大小，可由蠕变开始之前的初始应力状态决定。同样，σ作为von Mises不变量，可以用FISH函数计算。 涉及体积变化响应的蠕变分析，其最大时间步长可以表示成材料粘性常数和体积模量的比值，这里粘性常数就是平均应力和蠕变体应变率的比值。 一般flac3d推荐使用的初始蠕变时间步长比最大时间步长（由上述公式计算得到的）约小2到3个数量级。如果使用set creep dt auto on命令，那么程序将自动调整蠕变的时间步长，同样应当记住通过命令（set creep maxdt）设置的最大蠕变时间步不能超过。 2.3自动调整蠕变时间步长 用户可以设置蠕变时间步为一个常数值，也可以使用set creep dt auto on命令自动调节。如果时间步长自动变化，那么当最大不平衡力超过某一阀值时，它就会减小；当最大不平衡力小于某一水平时它就会增大。系统将该阀值定义为最大不平衡力和平均节点力的比值。
;模型镜像 gen zone radcylinder size 25 1 25 25 gen zone reflect normal -1 0 0 origin x y z(面上一点）;沿X轴镜像,通过对称平面法线向量确定对称面 gen zone reflect normal 0 0 -1 ;沿z轴镜像 ;绘图控制 pl
0引言 岩石在长时间应力、温度和差应力作用下发生永久变形不断增长的现象，叫做岩石的蠕变。早在 1939年Griggs [1]在对砂岩、泥板岩和粉砂岩等进行 大量蠕变试验时就发现，当荷载达到破坏荷载的 12.5%~80%时就发生蠕变，它是岩石流变力学中最 主要的一种现象，也是岩土工程变形失稳的主要原因。1980年湖北省盐池磷矿由于岩石的蠕变，160m 高，体积约100万m 3的山体突然崩塌，4层楼被抛 掷对岸，造成了巨大的伤亡。在国外岩石蠕变研究中，Okubo [2]（1991）完成了大理岩、砂岩、花岗岩和灰岩等岩石的单轴压缩试验，获得了岩石加速蠕变阶段的应变-时间曲线，结果表明蠕变应变速率与时间成反比例关系。 E.Maranini [3]（1999）对石灰岩等进行了单轴和三轴压剪蠕变试验，研究表明，石灰岩的蠕变最主要的表现在是低围压情况下的扩张、裂隙，而在高围压状态下，岩石内部则发生孔隙塌陷，得出石灰岩的蠕变对岩石主要影响是其屈服应力的降低。Hayano K [4]（1999）等进行了沉积软岩的长期蠕变试验。K.Shina [5]（2005）对日本的6种岩石进行了各种条件下单轴和三轴压缩，拉伸试验，统计了各种蠕变影响参数，如蠕变应力对时间的依赖性参数δ，蠕变寿命相关系数α和β等，并对其强度和蠕变寿命做了分析。由此可见，研究和开展岩石蠕变特性的研 基金项目：安徽建筑工业学院2010年度大学生科技创新基金 (20101018)。 作者简介：马珂（1987—），男，安徽安庆人，硕士,主要从事岩石力学 方面研究。 收稿日期：2011-05-26责任编辑：樊小舟 岩石蠕变模型研究进展及若干问题探讨 马珂，宛新林，贾伟风，宛传虎 （安徽建筑工业学院土木工程学院，安徽合肥230022） 摘要：岩石蠕变是岩土工程变形失稳的主要原因之一。近年来蠕变研究正处于一个探索阶段，本文从四个方面综述了蠕变模型的研究进展。研究发现，在岩石蠕变的三个阶段中利用经典本构模型均很难描述加速蠕变阶段，研究者们通过新的元件或者改进的非线性黏弹塑性本构模型可以很好的模拟岩石蠕变实际曲线；基于损伤理论的岩石蠕变模型是近年来发展的主要方向，可以很好的解决岩石微观裂纹所带来的蠕变；随着岩石深部工程的发展，岩体受到周围实际环境下的影响是不可忽略的，从而研究含水量的变化与水力和其它应力耦合下的岩石蠕变也是今后的重点。最后指出，由于试验仪器的原因，高温高压和各向异性下的岩石蠕变模型研究进行的还不是很多，是今后岩石蠕变研究的难点。 关键词：岩石蠕变；本构模型；非线性黏弹塑性；损伤；各向异性：高温高压中图分类号：TU454 文献标识码：A Advances in Rock Creep Model Research and Discussion on Some Issues Ma Ke,Wan Xinlin,Jia Weifeng and Wan Chuanhu (Civil Engineering Department,Anhui University of Architecture,Hefei,Anhui 230022) Abstract:The rock creep is one of major causes in geotechnical engineering deformation and destabilization.The creep research is just in an exploring stage in recent years,the paper has summed up the progress of creep model research from 4aspects.The research has found,among three stages of rock creep,the accelerated creep stage is hard to describe through classic constitutive models,the researchers have found that through new elements or using modified nonlinear visco-elastoplastic constitutive models can modulate rock creep active curves commendably.Rock creep model based on damage theory is the major development direction in recent years;it can solve the rock creep issues brought by microfissures.Along with development of deep rock engineering,impacts from peripheral practical setting on rock mass should not be ignored,thus to study rock creep under coupled moisture content variation and hydraulic,as well as other stresses is also emphasized from now on.Finally,the paper has point out,in virtue of testing instrument,the studies on rock creep model under high temperature,high pressure and anisotropy are not many thus far,and thus the nodus in rock creep studies henceforth. Keywords:rock creep;constitutive model;nonlinear visco-elastoplastic;damage;anisotropy;high temperature and high pressure 中国煤炭地质 COAL GEOLOGY OF CHINA Vol．23No．10Oct ．2011 第23卷10期2011年10月 文章编号：1674－1803（2011）10－0043－05 doi ：10.3969/j.issn.1674-1803.2011.10.10
ANSYS提供了两个用户徐变方程：USERCR.F和USERCREEP.F。其中： 显式徐变用USERCR.F；前提是C6 = 100 隐式徐变用USERCREEP.F，前提是TBOPT＝100 （1）用户徐变子程序usercr，用于显式徐变 subroutine usercr (elem,intpt,mat,ncomp,kfirst,kfsteq,e,posn,d, x proptb,timval,timinc,tem,dtem,toffst,fluen,dfluen,epel,epcrp, x statev,usvr,delcr) c c *** 基本功能: 允许用户写自己的徐变规律。该逻辑仅在C6＝100时可用。 c *** 次要功能: 演示用户徐变方程的编写 c *** 注意－本文件包含ANSYS 机要信息*** c *** ansys(r) copyright(c) 2000 c *** ansys, inc. c c 输入变量: c | （译者注） c | c | 类型：int－整型 c | dp－双精度型 c | 长度：sc－标量 c | ar( , )－数组 c | 目的：in－输入 c | out－输出 c | inout－输入输出 c 变量（类型，长度，目的）－描述 c elem (int,sc,in) －单元号(标识) c intpt (int,sc,in) －单元积分点数 c mat (int,sc,in) －材料引用号 c ncomp (int,sc,in) －应力/应变分量数(1,4 or 6) c 1 －x c 4 －x,y,z,xy c 6 －x,y,z,xy,yz,xz c kfirst (int,sc,in) －若是首次则值为1，否则为0 c (对把状态变量初始化为非零值有用) c kfsteq (int,sc,in) －若是子步中首次平衡迭代则为1，否则为0 c e (dp,sc,in) －杨氏弹性模量 c posn (dp,sc,in) －泊松比 c d (dp,ar(ncomp,ncomp),in) －弹性应力－应变矩阵
1.1常见问题及其解答Gen separate 不能被识别答：原因是FLAC3D版本不行，我用3.0的版本不能。 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：plo blo gro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：plo gpfix red sk 5. 怎样看模型的体力分布？答：plo fap red sk 6. 怎样看模型的云图？答：位移：plo con dis (xdis, ydis, zdis) 应力：plo con sz (sy, sx, sxy, syz, sxz) 7. 怎样看模型的矢量图？答：plo dis (xdis, ydis, zdis) 8. 怎样看模型有多少单元、节点？答：print info 9. 怎样输出模型的后处理图？答：File/Print type/Jpg file，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。 11. 如何施加面力？答：app nstress ran 12. 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。 13. 如何进行边界约束？答：fix x ran （约束的是速度，在初始情况下约束等效于位移约束） 14. 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。 15. 如何进行切片？答：plo set plane ori (点坐标) norm (法向矢量) plo con sz plane (显示z方向应力的切片) 16. 如何保存计算结果？答：save filename(文件名可自定义) 17. 如何调用已保存的结果？答：使用菜单File/call或者命令rest filename(文件名可自定义)。 18. 如何暂停计算？答：运行中使用Esc命令。 19. 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。 20. 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。 21. FISH是什么？答：是FLAC3D的内置语言，可以用来进行参数化模型、完成命令本身不能进行的功能。 22. FISH是否一定要学？答：可以不用，需要的时候查Manual获得需要的变量就可以了。 23. FLAC3D允许的命令文件格式有哪些？答：只要是符合FLAC3D格式要求的文本文件，无论是什么后缀名，都可以为FLAC3D调用。 24. 如何调用一些可选模块？答：使用命令config dyn (fluid, creep, cppudm)。 25. 如何使用gauss_dev对符合高斯正态分布的材料参数进行赋值？答：假定某材料的摩擦角均值为40度，标准差是2，则命令如下：prop friction 40 gauss_dev 2 26. FISH函数中是否能调用“.sav”文件？答：不能。FLAC3D中规定，new和restore命令不允许出现在FISH函数中，因为new和restore 命令会将原有存储信息清除掉。 27. initial 与apply 有何区别？答：initial初始化命令，如初始化计算体的应力状态等；apply边界条件限制命令，如施加边界的力、位移等约束等。initial的应力状态会随计算过程的发生而发生改变，一般体力需要初始化，而apply施加的边界条件不会发生变化。 28. FLAC3D动力分析中是如何计算永久变形的？答：FLAC3D采用动态运动方程求解动力方程，因此采用弹塑性本构模型可以计算永久变形。而土动力学常用的粘弹性模型由于没有考虑土体的塑性，因此不能计算永久变形。 29. 对于初学者而言，是学习FLAC还是FLAC3D？答：FLAC有较好的图形化操作界面，而FLAC3D目前只能通过命令流来操作，从学习难度上来说，FLAC要简单一些，不过复杂的三维问题还是需要使用FLAC3D才能解决。FLAC和FLAC3D的某些命令和分析方法类似，读者在学习过程中可以相互借鉴。 30. interface建模命令中的dist关键词是否表示接触面的厚度？答：FLAC3D 中的interface 是没有厚度的，dist 关键词表示的是接触面建模时选择范围时的容差，表示该范围内的“面”上将被赋予interface 单元。 31. 初始应力场计算中位移场和速度场是否都要清零？答：是的。一般，FLAC和FLAC3D中位移场和速度场的清零命令都是同时使用的。 32. 加了fix边界，再使用apply施加应力边界有效吗？答：无效。fix和apply都是边界条件，两者不能混用，fix的作用是固定节点的速度，只要用户不更改这个速度，在计算中都会保持不变。 33. solve age后面跟随的时间是真实的时间吗？答：FLAC和FLAC3D在动力、渗流、流变模式下才有真实的时间，时间的单位默认为秒，也可以根据读者使用的量纲进行调整。
第1部分命令流按照顺序进行2-1定义一个FISH函数 new def abc abc = 25 * 3 + 5 End print abc 2-2使用一个变量 new def abc hh = 25 abc = hh * 3 + 5 End Print hh Print abc 2-3对变量和函数的理解 new def abc hh = 25 abc = hh * 3 + 5 End set abc=0 hh=0 print hh print abc print hh new def abc abc = hh * 3 + 5 end set hh=25 print abc set abc=0 hh=0 print hh print abc print hh 2-4获取变量的历史记录 new gen zone brick size 1 2 1 model mohr prop shear=1e8 bulk=2e8 cohes=1e5 tens=1e10
fix x y z range y -0.1 0.1 apply yvel -1e-5 range y 1.9 2.1 plot set rotation 0 0 45 plot block group def get_ad ad1 = gp_near(0,2,0) ad2 = gp_near(1,2,0) ad3 = gp_near(0,2,1) ad4 = gp_near(1,2,1) end get_ad def load load=gp_yfunbal(ad1)+gp_yfunbal(ad2)+gp_yfunbal(ad3)+gp_yfunbal(ad4) end hist load hist gp ydis 0,2,0 step 1000 plot his 1 vs -2 2-5用FISH函数计算体积模量和剪砌模量 new def derive s_mod = y_mod / (2.0 * (1.0 + p_ratio)) b_mod = y_mod / (3.0 * (1.0 - 2.0 * p_ratio)) end set y_mod = 5e8 p_ratio = 0.25 derive print b_mod print s_mod 2-6 在FLAC输入中使用符号变量 New def derive s_mod = y_mod / (2.0 * (1.0 + p_ratio)) b_mod = y_mod / (3.0 * (1.0 - 2.0 * p_ratio)) end set y_mod = 5e8 p_ratio = 0.25 derive gen zone brick size 2,2,2 model elastic prop bulk=b_mod shear=s_mod print zone prop bulk print zone prop shear
1、怎样查看模型？ 答：plot grid 可以查看网格，plot grid num 可以查看节点号。 2、请问在圆柱体四周如何施加约束条件？ 答：可以用fix ... ran cylinder end1 end2 radius r1 cylinder end1 end2 radius r2 not，其中r2 2-1 new gen zon bri size 3 3 3 model elas prop bulk 3e8 shear 1e8 ini dens 2000 fix z ran z -.1 .1 fix x ran x -.1 .1 fix x ran x 2.9 3.1 fix y ran y -.1 .1 fix y ran y 2.9 3.1 set grav 0 0 -10 solve app nstress -10e4 ran z 3 x 1 2 y 1 2 hist gp vel 0 0 3 hist gp vel 0 3 3 plo hist 1 red plo add hist 2 blue solve 3-1 ;-------------------------------------工程信息 ;Project Record Tree export ;Title:Simple test ;---------------------------------计算第一步 ;... STATE: STATE1 .... config grid 10,10 model elastic group 'User:Soil' notnull model elastic notnull group 'User:Soil' prop density=1500.0 bulk=3E6 shear=1E6 notnull group 'User:Soil' fix x y j 1 fix x i 1 fix x i 11 set gravity=9.81 history 999 unbalanced solve save state1.sav ;----------------------------------计算第二步 ;... STATE: STATE2 .... initial xdisp 0 ydisp 0 initial xvel 0 yvel 0 model null i 4 7 j 8 10 group 'null' i 4 7 j 8 10 group delete 'null' history 1 xdisp i=4, j=11 solve save state2.sav ;--------------------------------绘图命令 ;*** plot commands **** ;plot name: syy plot hold grid syy fill ;plot name: Unbalanced force plot hold history 999 ;plot name: grid plot hold grid magnify 20.0 lred grid displacement ;plot name: Xdis-A plot hold history 1 line 蠕变模型 将flac3d 的蠕变分析option 进行了简单的翻译，目的是为了搞清楚蠕变过程中系统时间是如何跟真实时间对应的。 2.1 简介 Flac3d 可以模拟材料的蠕变特性，即时间依赖性，flac3d2.1提供6种蠕变模型： 1. 经典粘弹型模型 model viscous 2. model burger 3. model power 4. model wipp 5. model cvisc 6. powe 蠕变模型结合M-C 模型产生cpow 蠕变模型（model cpow ） 7. 然后WIPP 蠕变模型结合D-P 模型产生Pwipp 蠕变模型（model pwipp ）； 8 model cwipp 以上模型越往下越复杂，第一个模型使用经典的maxwell 蠕变公式，第二个模型使用经典的burger 蠕变公式，第三个模型主要用于采矿及地下工程，第四个模型一般用于核废料地下隔离的热力学分析，第五个模型是第二个模型的M-C 扩展，第六个模型是第三个模型的M-C 扩展，第七个模型是第四个模型的D-P 扩展，第八个模型也是第四个模型的一种变化形式，只是包含了压硬和剪缩行为。 2.2蠕变模型描述 2.2.1只介绍经典粘弹型模型即maxwell 蠕变公式 牛顿粘性的经典概念是应变率正比于应力，对于粘性流变应力应变关系以近似于弹性变形的方式发展。粘弹型材料既有粘性又有弹性，maxwell 材料就是如此，在一维空间它可以表示为一根弹簧（弹性常数κ）连接一个粘壶（粘性常数η），它的力-位移增量关系可以写成： η κ μF F + = ? ? （2.1） 式中? μ是速度，F 是力，设力的初始值为 F ，增量值为F '经过一个t ?时间步，式（2.1）可以写成flac3D基础与工程实例命令
creep蠕变基础知识
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