flac热力学分析

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土木工程数值模拟(FLAC3D)课件第1章

对于对称的模型也可以采用镜像命令：
gen zone reflect norm -1 0 0 origin 0,0,0
网格单元间的连接
采用FLAC3D进行计算，所建立的模型需是一个连续的整体，否则计算结果将出现较大的误差甚至无法进行计算。对于在建立模型时，各关键点的坐标是准确无误输入且各公共面的网格数和大小均完全一致的模型，无需进行任何操作，模型即自动完成相互间的连接。
对所有单元
应力—应变关系 (本构模型)
2020/7/10
节点力单元积分新的应力
10
简单实例
gen zone brick size 6 8 8 model mohr prop bulk 1e8 shear 0.3e8 prop fric 35 coh 1e3 tens 1e3 set grav 0,0,-9.81 ini dens 2000 fix x range x -0.1 0.1 fix x range x 5.9 6.1 fix y range y -0.1 0.1 fix y range y 7.9 8.1 fix z range z -0.1 0.1 hist unbal hist gp zdisp 4,4,8 solve save t1.sav rest t1.sav model null range x 2,4 y 2,6 z 5,10 set large initial xdis 0.0 ydis 0.0 zdis 0.0 step 1000 save t2.sav
这是通过radtun和 radcyl来组合生成所需要的模型。它们两者的生成关键点的描述存在较大的区别。
对于这两种基本的网格，其公共面上的关键点的对应关系更需校核好，否则将出现杂乱错误的网格。

膨胀土边坡稳定性的FLAC分析

膨胀土边坡稳定性的FLAC分析膨胀土是一种具有显著膨胀和收缩特性的粘性土壤，常见于许多工程项目中。

然而，由于其特殊性质，膨胀土边坡的稳定性成为一个重要问题。

无数工程项目因未处理好膨胀土边坡的稳定性而遭受严重损失。

因此，膨胀土边坡稳定性的分析具有重要意义。

FLAC（Fast Lagrangian Analysis of Continua）软件是一种强大的工程分析工具，广泛应用于地质工程领域，尤其在土壤和岩土工程中发挥了重要作用。

本文将使用FLAC软件对膨胀土边坡的稳定性进行模拟分析。

膨胀土边坡的稳定性受到多种因素影响，如土壤的物理性质、边坡的几何形状和大小、降雨量、地下水等。

不稳定的膨胀土边坡可能导致滑坡、泥石流等地质灾害，给工程项目带来严重威胁。

FLAC软件在分析膨胀土边坡稳定性方面具有以下优势：考虑了土壤的物理性质，如膨胀性、收缩性、凝聚力等。

可以模拟边坡在不同工况下的稳定性，如降雨、地震、施工等。

提供了强大的后处理功能，可以对模拟结果进行详细分析和可视化。

某高速公路经过一段地形起伏较大的地区，其中部分路段的边坡由膨胀土构成。

在近年的雨季，这些边坡出现了不同程度的滑坡。

为了解决这个问题，我们使用FLAC软件对这段路段的膨胀土边坡进行稳定性分析。

建立模型：首先建立膨胀土边坡的三维模型，并确定模型的基本参数，如土壤类型、密度、含水率等。

加载条件：根据实际工况，加载包括自重、降雨、地震等外部条件。

模拟分析：使用FLAC软件对膨胀土边坡进行稳定性模拟分析。

结果分析：通过后处理功能，对模拟结果进行详细分析和可视化，得出边坡在不同工况下的稳定性状态。

针对可能出现的不稳定区域，提出相应的加固措施和优化建议。

膨胀土边坡的稳定性是工程项目中必须重视的问题。

FLAC软件在分析膨胀土边坡稳定性方面具有显著优势，可以考虑土壤的物理性质、外部加载条件，并提供了强大的后处理功能，可以直观地展示边坡的稳定性状态。

结合具体案例，使用FLAC软件进行模拟分析，可以为工程项目提供有价值的参考意见和建议。

flac介绍

FLAC（Fast Lagrangian Analysis of Continua）软件是由美国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， 1995年，FLAC2D已升级为V3.3的版本，其程序能够使用护展内存，至今已发展到V5.0版本。

FLAC3D是一个三维有限差分程序，目前已发展到V3.1版本。

并且其推出的FLAC SLOPE有了WINDOWS界面。

FLAC（Fast Lagrangian Analysis of Continua）是一个利用显式有限差分方法求解的岩土、采矿工程师进行分析和设计的二维连续介质程序，主要用来模拟土、岩、或其他材料的非线性力学行为，可以解决众多有限元程序难以模拟的复杂的工程问题，例如大变形、大应变、非线性及非稳定系统（甚至大面积屈服/失稳或完全塌方）等问题。

FLAC的基本功能和特征为：●允许介质出现大应变和大变形；●Interface 单元可以模拟连续介质中的界面，并允许界面发生滑动和开裂；●显式计算方法，能够为非稳定物理过程提供稳定解，直观反映岩土体工程中的破坏；●地下水流动与力学计算完全耦合（包括负孔隙水压，非饱和流及相界面计算）；●采用结构加固单元模拟加固措施，例如衬砌、锚杆、桩基等；●材料模型库（例如：弹性模型、莫尔库仑塑性模型、任意各向异性模型、双屈服模型、粘性及应变软化模型）；●预定义材料性质，用户也可增加用户自己的材料性质设定并储存到数据库中；●一系列可选择模块，包括：热力学模块、流变模块、动力学模块、二相流模块等，用户还可用C++建立自己的模型；●边坡稳定系数计算满足边坡设计的要求；●用户可用内部语言（FISH）增加自己定义的各种特性（如：新的本构模型，新变量或新命令）；FLAC软件的优势：连续体大应变模拟界面单元用已代表不连续接触界面可能出现的完全不连续性质的张开和滑动，因此可以模拟断层、节理和摩擦边界等显式求解模式可以获得不稳定物理过程的稳定解材料模型:✧“空（null）”模型；✧三种弹性模型（各向同性、横观各向异性、和正交各向异性）；✧七种非线性模型（Drucker-Prager、Mohr-Coulomb、应变硬化及应变软化、节理化、双线性应变硬化/软化节理化、双屈服、修正的Cam-clay模型）任何参数指标的连续变化或统计分布的模拟外接口编程语言（FISH）允许用户添加用户自定义功能方便的边界定义和初始条件定义方式可定义水位线/面进行有效应力计算地下水渗流计算以及完全的应力场渗流场偶合计算（含负孔隙压力、非饱和流、井）结构单元如隧道衬砌、桩、壳、梁锚杆、锚索、土工织物及其组合，可以模拟不同的加固手段及其与围岩（土体）的相互作用自选模块包括:✧热和热力学分析模块；✧流变计算模块；✧动力分析模块实现真时间历程的瞬时动力响应模拟；✧用C++编写的用户自定义本构模块开挖直立坡的喷射混凝土墙加土钉加固的模拟加（下）和不加（上）土工织物土坡的潜在破坏特征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，是二维的有限差分程序FLAC2D的扩展，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。

有限差分法FLAC3D功能,优缺点分析

FLAC/FLAC3D系列——岩土体工程高级连续介质力学分析软件通知：FLAC3D 4.0隆重推出，了解详细情况，点击此处FLAC（Fast Lagrangian Analysis of Continua）软件是由美国Itasca公司开发的。

FLAC3D是一个三维有限差分程序，目前已发展到V4.0版本。

并且其推出的FLAC SLOPE有了WINDOWS界面。

FLAC的基本功能和特征为：●允许介质出现大应变和大变形；●Interface 单元可以模拟连续介质中的界面，并允许界面发生滑动和开裂；●显式计算方法，能够为非稳定物理过程提供稳定解，直观反映岩土体工程中的破坏；●地下水流动与力学计算完全耦合（包括负孔隙水压，非饱和流及相界面计算）；●采用结构加固单元模拟加固措施，例如衬砌、锚杆、桩基等；●材料模型库（例如：弹性模型、莫尔库仑塑性模型、任意各向异性模型、双屈服模型、粘性及应变软化模型）；●预定义材料性质，用户也可增加用户自己的材料性质设定并储存到数据库中；●一系列可选择模块，包括：热力学模块、流变模块、动力学模块、二相流模块等，用户还可用C++建立自己的模型；●边坡稳定系数计算满足边坡设计的要求；●用户可用内部语言（FISH）增加自己定义的各种特性（如：新的本构模型，新变量或新命令）；FLAC软件的优势：➢连续体大应变模拟➢界面单元用已代表不连续接触界面可能出现的完全不连续性质的张开和滑动，因此可以模拟断层、节理和摩擦边界等➢显式求解模式可以获得不稳定物理过程的稳定解➢材料模型:✧“空（null）”模型；✧三种弹性模型（各向同性、横观各向异性、和正交各向异性）；✧七种非线性模型（Drucker-Prager、Mohr-Coulomb、应变硬化及应变软化、节理化、双线性应变硬化/软化节理化、双屈服、修正的Cam-clay模型）➢任何参数指标的连续变化或统计分布的模拟➢外接口编程语言（FISH）允许用户添加用户自定义功能➢方便的边界定义和初始条件定义方式➢可定义水位线/面进行有效应力计算➢地下水渗流计算以及完全的应力场渗流场偶合计算（含负孔隙压力、非饱和流、井）➢结构单元如隧道衬砌、桩、壳、梁锚杆、锚索、土工织物及其组合，可以模拟不同的加固手段及其与围岩（土体）的相互作用➢自选模块包括:✧热和热力学分析模块；✧流变计算模块；✧动力分析模块实现真时间历程的瞬时动力响应模拟；✧用C++编写的用户自定义本构模块开挖直立坡的喷射混凝土墙加土钉加固的模拟加（下）和不加（上）土工织物土坡的潜在破坏特征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，是二维的有限差分程序FLAC2D的扩展，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。

(完整word版)FLAC动力分析

当计算模型中存在刚度差异较大、模型网格尺寸不均匀的情况时，FLAC3D可以采用“动态多步”（Dynamic Multi-stepping）的过程来有效减少计算所需要的时间。在此过程中，模型单元和节点按照相近最大时步进行分组和排序，然后每个组在特定的时步下运行，信息在适当的时候在单元之间进行交换。
动态多步的调用采用如下命令：
（1）FLAC3D动力分析与一般的等效线性方法有什么区别？
（2）FLAC3D动力分析怎么会采用静力本构模型，比如Mohr-Coulomb模型？
下面就这两个问题展开初步的讨论。
11.
在岩土地震工程中，等效线性方法广泛应用于计算地基土体中波的传播及土与结构的动力相互作用。该方法已被工程师、科研人员广泛接受。而FLAC3D采用的完全非线性方法没有获得广泛使用，因此需要对这两种方法之间的差异做简要介绍。
old_time = clock
end
setup ;执行变量赋值
def wave ;定义动荷载函数
wave = sin(omega * dytime);定义动荷载变量
end
apply xvel = 1 hist wave range z=-.1 .1;施加动荷载
apply zvel = 0 range z=-.1 .1
本章将以FLAC3D为例讨论动力计算的相关内容，FLAC的动力分析可以参照执行。
注意：FLAC和FLAC3D的动力计算十分复杂，读者在阅读本章内容之前要对FLAC3D的静力计算、流体计算十分熟悉，具体可以参阅本书的第7章和第12章的内容。
对于初次接触FLAC3D动力计算的读者，大多数都会提以下2个问题：
其实这是对FLAC3D动力计算的误解。FLAC3D的原理是求解动力方程，所以从其算法上来说，不管是进行静力分析还是动力分析，其实质都是求解运动方程。只是对于静力分析而言，采用了特定的阻尼方式以达到快速收敛的目的。所以，有的场合将FLAC3D的静力分析方法称为“拟动力方法”。相应的，FLAC3D在进行动力分析时，通过求解动力方程理所当然地可以得到合适的动力问题解答。对于本构模型的选择，主要是描述单元的应力-应变关系，如果是弹塑性的，则考虑的是单元的屈服准则、流动法则等。

1FLAC 3D基本介绍

1.基本介绍1.1.概述FLAC 3D是一个三维显式有限差分程序，主要应用于工程力学计算。

程序基于二维FLAC程序中已经建好的数值方程式。

FLAC 3D将FLAC的分析能力拓展到三维，用于模拟三维土体、岩体或其他材料的力学特性，尤其是达到屈服极限的塑性流变特性。

用户通过调整多面体单元的三维网格结构，来拟合要被建模的物体的实际形状。

每个单元体根据既定的线形/非线性的应力/应变规律对相应施加的力和边界约束条件作出响应。

并且当材料发生屈服流动后，网格也能够适应变形和移动（大变形模式）。

FLAC 3D采用的显式拉格朗日算法和混合——离散分区技术能够确保材料塑性坍塌破坏和流动过程的精确模拟。

由于无须形成刚度矩阵，因此采用较小的计算资源，就能够求解大范围的三维（岩土工程）计算问题。

通过自动惯性缩放及自动阻尼，显式方程式的缺点（小时间步限制和阻尼问题）已经被克服，且不会影响到物体的原有破坏行为。

FLAC 3D为三维岩土工程问题的解决提供了一个理想的分析工具。

FLAC 3D被设计，专门为了在装有Windows98及更高的版本的操作系统的IBM兼容的微型计算机上操作。

在岩土工程方面，实际的三维模型计算可以在合理的时间内被完成。

例如，创建一个包含大约140000个单元体的模型需要128M的内存。

对于一个有10000个单元体的摩尔——库伦模型，在2.4GHz的奔腾IV微型计算机上，完成5000个计算步需要大概18分钟。

对于显式计算求解，到达平衡状态的所需求解计算步数不定，但无论什么类型的模型，这个值都大概会在3000-5000步之内。

随着浮点数计算速度的提高，以及以低代价安装附加内存的能力，用FLAC 3D解决更大的三维问题成了可能。

FLAC 3D既可以通过命令行驱动，也可以通过图案菜单驱动。

默认的命令驱动模式和Itasca其他的软件产品是一样的。

你会发现其中大部分命令都是一样的。

在FLAC 3D中，菜单驱动的图形用户界面可用于绘图，显示工作。

FLAC建模与解题技巧

1.2 FLAC计算流程
平衡方程（运动方程）新的应力或力
新的速度和位移
u (t ) − u (t ) σ (t ) = E ∆x
i xx i x
i +1 x
应力/应变关系（本构方程）
. ∆t ∆t ∆t i i i −1 u x (t + ) = u x (t − ) + {σ xx (t ) − σ xx (t )} 2 2 ρ∆x . i
岩石应变软化/硬化模型
压力 P
σ1-σ3
岩石
莫尔-库仑准则与应变软化
充填体
加载路径卸载路径
ε
体积应变 eV
N T
A侧
断层
单元 M
S ks LN
kn P B侧
1.4 支护构件与本构模型
(1) 杆单元模型； (2) 梁模型； (3) 桩模型； (4) 群支架模型。
预应力t ∆t i i u ( t + ) = u x ( t ) + u x ( t + ) ∆t 2 2 i x
1.3 岩体力学本构模型
1) 各向同性弹性材料模型； 2) 横观各向同性弹性材料模型； 3) 莫尔-库仑弹塑材料模型； 4) 应变软化/硬化塑性材料模型； 5) 双屈服塑性材料模型；
2 2
⎞ ⎟ ⎟ ⎠0
x
⎛ ∂f ⎞ ⎜ ⎟ = ∂ x ⎝ ⎠0
⎛ ∂2 f ⎜ ⎜ ∂x 2 ⎝ ⎞ ⎟ ⎟ = ⎠0
f1 − f 3 2h
f1 + f 3 − 2 f 0 h2
⎛ ∂f ⎞ f2 − f4 = ⎟ ⎜ ⎜ ∂y ⎟ 2h ⎠0 ⎝
⎛ ∂2 f ⎞ f2 + f4 − 2 f0 ⎜ ⎟ = 2 ⎜ ∂ y ⎟ h2 ⎝ ⎠0

FLAC,FLAC3D基础与应用-陈育民

343wzones3sec复杂网格的检查?flac3d生成的复杂网格attachface?无接触面时检查整体模型是否存在subgrid?有接触面时给定范围进行检查?其他软件导入的复杂模型网格划分的检查genmerge弹性模型modelelastic求解?独立节点?畸形单元35模型的检查?flac本身的check功能十分有限错误提示很少十分开放的工作平台自由落体?检查的基本步骤网格检查如前所述边界条件检查?速度约束条件plogpfixredsk?荷载条件plofapredsk模型检查?模型赋值ploblockmodel?参数赋值ploblockprop初始应力检查如后所述36初始应力检查办法?初始应力的计算时间不会非常长?经常检查模型的响应ploconszzsyysxx应力场ploconzdisydisxdis位移场ploblosta屈服状态plogpfixredsk速度约束条件plofapredsk体力plohistunbal不平衡力plointerfacenstresssstress接触面单元37第二讲flac3d接触面fish语言流固耦合分析fish语言fish语言简介?软件自带的编程语言?是否一定要学
1m
0.5
config fluid gen zon bri size 1 1 2 model elas prop bu 3e7 sh 1e7 ini dens 1500 model fl_iso ini fdens=1000 fmod 0 prop por 0.5 set grav 0 0 -10 water dens 1500 water table face 0 0 1, 0 1 1, 1 1 1, 1 0 1 ini pp 10e3 grad 0 0 -10e3 ran z 0 1 ini szz -30e3 grad 0 0 15e3 ran z 1 2 ... set fluid off solve

FLAC2D动力分析要点

FLAC2D 动力反应分析要点
FLAC 可以模拟岩土体在外部（如地震）或内部（如风、爆炸、地铁振动）荷载作用下的完全非线性响应，可以适用于土动力学、岩石动力学等计算。一、与等效线性方法的关系在岩土地震工程中，等效线性方法广泛应用于计算地基土体中波的传播及土—结构的动力相互作用；而 FLAC 采用的完全非线性方法没有获得广泛使用，因此需要对这两种方法之间的差异做简要介绍。 1.1 等效线性法的特点等效线性方法的基本原理是，假定土体是粘弹性体，参照实验室得到的切线模量及阻尼比与剪应变幅值的关系曲线，对地震中每一单元的阻尼和模量重新赋值。有如下的特点：使用振动荷载的平均水平来估算每个单元的线性属性，并在振动过程中保持不变。

可以遵循任何指定的非线性本构模型。如果模型本身能够反映土体在动力作用下的
滞回特性，则程序不需要另外提供阻尼参数。如果采用 Rayleigh 阻尼或局部（local）阻尼，则在动力计算中阻尼参数将保持不变。采用非线性的材料定律，不同频率的波之间可以自然地出现干涉和叠加，而等效线
性方法做不到这一点。采用了弹塑性模型，此程序可以自动计算永久变形。采用合理的塑性方程，使得塑性应变增量与应力相联系。可以方便地进行不同本构模型的比较。可以同时模拟压缩波和剪切波的传播及两者耦合作用时对材料的影响。在强震作用
下，这种耦合作用的影响很重要，比如在摩擦型材料中，法向应力可能会动态地减小从而降低土体的抗剪强度。
二、动力时间步
动力计算中临界计算时间步的计算如下：
A ∆tcrit = min z L C d p
（11-1）
其中， C p 为 p 波波速，与材料的体积模量 K 和剪切模量 G 有关，可以表示为：

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1热分析
简介
FLAC3D的热选择包含了传导模型和平流模型。

传导对材料的瞬态热传导模型进行了模拟，并对热传导过程进行了研究，引起的位移和压力。

对流模型采用对流传热。

考虑到它可以模拟温度相关的流体密度和流体的热对流。

这个热选择有几个具体的特点:
1.四种热材料模型:各向同性传导，各向异性传导，各向同性传导/平流和零热模型。

2.在FLAC3D的标准版本中，不同的区域可能有不同的模型属性。

3.所示。

任何力学模型都可以与热模型一起使用。

4.所示，温度、通量、对流和绝热边界条件可以规定。

5.热源可以作为点源或体积源插入材料中。

这些来源可能随时间呈指数衰减。

6.显式和隐含求解算法都是可用的。

7.所示。

热选择为机械应力和孔隙压力提供单向耦合。

通过热膨胀系数计算。

8.用户可以通过FISH访问温度来定义温度相关的属性。

本章描述了热配方(第节)和数值实现节)。

还提供了解决热问题的建议。

节)。

用于热分析的FLAC3D输入命令(第节)和系统给出了热分析的单元(第节)。

最后，几个验证问题(部分)。

请参考这些例子，作为创建FLAC3D模型的指南。

分析和耦合热应力或热-地下水流动分析。

数学模型描述
约定和定义
作为符号约定，符号ai表示向量a在笛卡尔坐标系中的分量i；Aij是张量[A]的分量(i, j)。

同样，f，我被用来表示f对xi的偏导数。

(f可以是标量变量，也可以是矢量分量。

)爱因斯坦求和约定只适用于i、j和k的指数，它们取包含空间维度的分量的值1、2、3。

在矩阵方程中，指数可以取任意值。

SI单位用于说明变量的参数和维度。

请参阅第节转换到其他单元系统。

以下无量纲的数字在瞬态热传导的表征中是有用的。

特征长度：
热扩散系数：
特征时间
热传导
FLAC3D热传导中涉及的变量是温度和热通量的三个分量。

这些变量是通过能量平衡方程和从傅里叶的热传导定律导出的运输定律来联系的。

在能量平衡方程中引入傅里叶变换，得到了热传导的微分方程，它可以求解特定的几何形状和性质，给出了特定的边界条件和初始条件。

将热体积应变引入到增量式机械和流体的本构法中，来考虑热应力和热孔压力耦合。

(1)能量平衡方程
在温度计算过程中，遵循能量守恒定律，能量平衡微分方程为：
在通常情况下，储存的能量和体积应变ε的改变会引起温度的变化，而且这些参数的相关热传导规律可以表达为：
值得注意的是，在恒定的压力和体积下，几乎所有的固体和流体的比热基本
上是保持不变的，因此，c
v 和c
ρ
可以相互替换使用。

(2)传递规律
FLAC3D采用傅里叶定律来定义热通量矢量和温度梯度之间的关系。

对于稳定的、均质的、各向同性的固体，其本构关系可以表示为:
(3)边界条件和初始条件
初始条件对应于己给定的温度场。

边界条件通常由温度和边界上的热通量矢量的法向部分来表示，一般考虑四种边界条件:①己知温度;②己知边界的法向热通量矢量;③对流边界;④绝热边界。

值得注意的是，在FLAC3D数值计算中，温度边界条件默认是绝热边界。

（4）热力耦合。