3DEC动态分析部分

入门指南修正版2, 22 二月 2011.Autodesk® Moldflow® Communicator© 2011 Autodesk, Inc. 保留所有权利。

除非获得 Autodesk, Inc. 允许，否则不得以任何形式、任何方式、任何目的复制本出版物或其中的部分内容。

本出版物中包含的某些材料是经版权持有者允许而翻印的。

商标以下是 Autodesk, Inc. 和/或其在美国和其他国家/地区的子公司和/或分支机构的注册商标或商标：3DEC（设计/徽标）、3December、、3ds Max、Algor、Alias、Alias（swirl 设计/徽标）、AliasStudio、Alias|Wavefront（设计/徽标）、ATC、AUGI、AutoCAD、AutoCAD Learning Assistance、AutoCAD LT、AutoCAD Simulator、AutoCAD SQL Extension、AutoCAD SQL Interface、Autodesk、Autodesk Intent、Autodesk Inventor、Autodesk MapGuide、Autodesk Streamline、AutoLISP、AutoSnap、AutoSketch、AutoTrack、Backburner、Backdraft、Beast、Built with ObjectARX（徽标）、Burn、Buzzsaw、CAiCE、Civil 3D、Cleaner、Cleaner Central、ClearScale、Colour Warper、Combustion、Communication Specification、Constructware、Content Explorer、Dancing Baby （图像）、DesignCenter、Design Doctor、Designer's Toolkit、DesignKids、DesignProf、DesignServer、DesignStudio、Design Web Format、Discreet、DWF、DWG、DWG（徽标）、DWG Extreme、DWG TrueConvert、DWG TrueView、DXF、Ecotect、Exposure、Extending the Design Team、Face Robot、FBX、Fempro、Fire、Flame、Flare、Flint、FMDesktop、Freewheel、GDX Driver、Green Building Studio、Heads-up Design、Heidi、HumanIK、IDEA Server、i-drop、Illuminate Labs AB（设计/徽标）、ImageModeler、iMOUT、Incinerator、Inferno、Inventor、Inventor LT、Kaydara、Kaydara、Kynapse、Kynogon、LandXplorer、LiquidLight、LiquidLight（设计/徽标）、Lustre、MatchMover、Maya、Mechanical Desktop、Moldflow、Moldflow Plastics Advisers、MPI、Moldflow Plastics Insight、Moldflow Plastics Xpert、Moondust、MotionBuilder、Movimento、MPA、MPA（设计/徽标）、MPX、MPX（设计/徽标）、Mudbox、Multi-Master Editing、Navisworks、ObjectARX、ObjectDBX、Opticore、Pipeplus、PolarSnap、PortfolioWall、Powered with Autodesk Technology、Productstream、ProjectPoint、ProMaterials、RasterDWG、RealDWG、Real-time Roto、Recognize、Render Queue、Retimer、Reveal、Revit、RiverCAD、Robot、Showcase、Show Me、ShowMotion、SketchBook、Smoke、Softimage、Softimage|XSI （设计/徽标）、Sparks、SteeringWheels、Stitcher、Stone、StormNET、StudioTools、ToolClip、Topobase、Toxik、TrustedDWG、U-Vis、ViewCube、Visual、Visual LISP、Volo、Vtour、WaterNetworks、Wire、Wiretap、WiretapCentral、XSI。

ITASCA系列软件之FLAC3D 技术参数2013年5月Itasca International IncItasca(武汉)咨询有限公司Itasca国际公司简介Itasca国际公司（Itasca International Inc.）是岩体工程领域的著名跨国机构，以解决岩体工程生产实践中的超常规问题为工作方向，并以此开展岩石力学基础理论研究和高端技术开发。

公司总部设在美国，在全世界5大洲的14个国家设立分公司。

Itasca国际公司由一批国际著名岩石力学专家组成，员工在美国、英国、瑞典等国家共占院士席位5席，为岩石力学学科和国际岩石力学学会的创始者之一。

员工历任国际岩石力学学会1期、副主席2期，获国际上岩石力学和岩体工程行业最高奖Muller奖1人次，Rocha奖多人次，奠定了其国际前沿地位。

Itasca专家对岩石力学学科的建立和发展、岩体工程实践活动做出了突出贡献，世界上目前被普遍使用的一些技术和方法，如岩石伺服压力机、水压致裂地应力测量、FLAC、FLAC3D、UDEC、3DEC、PFC等都代表了Itasca 的突出贡献。

特别地，所有这些技术开发、特别是数值计算软件的开发和完善，都直接出自Itasca专家解决实际工程问题的需要，这些技术手段同时又促进了研究工作的深入和发展，从而在Itasca形成了良好的相互驱动。

研发工作和工程实践的高度结合成为Itasca区别世界上任何技术机构的特色，是维持Itasca国际前沿地位的重要保障。

目录1软件功能 (1)2FLAC3D技术参数 (4)3FLAC3D v5.0操作特点 (7)4常用领域 (7)5FLAC3D原理简介 (7)1软件功能FLAC3D是由美国ITASCA集团公司研发推出的连续介质力学分析程序，是岩土工程领域专业的分析软件，编制原理为显式有限差分方法求解技术和混合离散技术。

FLAC3D（快速拉格朗日程序）系列软件代表了当前世界范围内数值分析领域的高端技术，为岩土工程领域内工程、设计、科研工作者提供了全新方案解决手段。

基于3DEC的破碎锤破礁数值模拟摘要：近年来，生态环保在各行各业中占着越来越重要的地位。

就航道整治中的礁石清理方法来说，常规的爆破清礁由于对环境影响大，在很多地方已经被禁止使用；而破碎锤破岩技术作为一种兼顾生态的清礁方法，渐渐被广泛使用和发展。

本文从破碎锤破岩技术原理出发，运用3DEC软件模拟了破碎锤钎杆凿入岩石过程，分析了破碎锤凿入岩体的规律及岩体的破坏形态，对水下破碎锤破礁技术发展具有一定参考意义。

关键词：破碎锤；3DEC；破礁；数值模拟0 引言航道整治中礁石清理方法主要包括化学爆破和机械破礁。

化学爆破会产生巨大的冲击波和发生化学反应生成污染物，对周围生态环境危害巨大[1-2]。

破碎锤破岩技术作为机械破礁方法的一种，因其清礁效率高、安全性好、生态环保，逐渐被广泛应用[3-5]。

本文就破碎锤破岩过程进行了数值模拟，用矩形循环荷载模拟破碎锤中活塞冲击钎杆过程，分析了破碎锤钎杆凿入岩体的规律。

1 破碎锤破岩技术原理破碎锤主要构件包括：缸体，活塞，钎杆等，如图1所示。

其主要原理是：冲击活塞在油压的作用下，在油缸内迅速作周期运动，从而将液压能转化为活塞的冲击能，钎杆一般为特殊合金钢材制成，刚度较大，作为中间介质，钎杆在获得冲击能量后迅速冲击岩石，将冲击能转化为破碎岩石的能量，达到破碎岩石的目的。

图1 破碎锤构造简图2 破碎锤破礁数值模型2.1 模型的建立用Rhino 6软件建立破碎锤破岩模型，模型分为岩石模型和破碎锤钎杆模型两部分。

岩体模型为边长为1 m的立方体；钎杆模型尖端简化为圆锥形，直径为17 cm，圆锥段长为25 cm，圆柱段长55 cm。

为了减小最后软件运算时的计算量，将岩体模型顶部中心区域块体进行局部加密。

将建好的模型导入到3DEC中，如图2所示。

图2 破碎锤破岩数值计算模型2.2 模型参数选取岩体本构模型取为弹塑性模型，屈服条件符合摩尔库伦破坏，岩性为砂岩，抗压强度为33.74 MPa；岩石节理本构模型为面接触-库伦滑移模型。

3D3S拉索〔拉杆〕结构的分析过程和原理简介同济大学3D3S课题组同济大学新土木大楼112室上海四平路1239号tj3d3s2005-11一、简单的拉索〔拉杆〕结构 (1)二、含予应力的拉索〔拉杆〕结构 (2)1、结构形式 (2)2、计算方法 (2)3、索梁体系的例子 (3)一、简单的拉索〔拉杆〕结构操作：建立模型，对拉索〔拉杆〕设置只拉属性〔构件属性->定义初应力和只拉属性〕，内力分析原理：软件在针对含有只拉属性构件的结构的内力分析过程中，对结构直接在荷载组合下进行内力分析，而不是用先按照工况计算后把工况下的内力和位移组合起来的方法，即只针对实际的工作状态得到构件属性。

普通结构的内力分析含只拉单元结构的内力分析二、含予应力的拉索〔拉杆〕结构1、结构形式1）拉索〔拉杆〕幕墙2）纯索网体系3）钢结构中使用拉索〔拉杆〕，张弦梁等2、计算方法1〕初始态计算A、索杆体系适用结构：适用于结构形式1〕2〕；原理：采用节点力平衡的计算手段，即在每一个节点上保证节点力平衡从而得到和节点相连的各个构件的内力，初始态只有内力没有位移。

当去除予应力构件后，允许结构成为机构。

例子：红色虚线拉杆施加里预张力，该对称结构，为保证节点力平衡，在索杆找型后内力是对称的；当删除红色单元后，结构就是一个机构，所以必须通过预张力单元使结构具有刚度。

B、索梁体系：适用结构：适用于结构形式3〕；原理：把预张力作为节点荷载作用到结构上，进行线性或非线性的分析得到初始态的内力和位移〔线性分析即为线性找形，非线性分析即为非线性找形〕；当去除予应力构件后，结构必须仍旧为稳定结构，如果去除了预张力单元后，结构就变成机构，那么无论线性还是非线性找形都会不成功。

例子：红色虚线拉杆施加里预张力；当删除红色单元后，结构仍旧是一个稳定结构；这样的结构找形是可以进行的，如果删除红色单元后结构成为机构，那么索梁找型一定是不成功的。

线性找形和非线性找形：原理和几何非线性的内力分析是一样的，即线性认为最终的平衡态为变形前的状态，按照小变形计算相应的内力和位移，不需要迭代；非线性是把变形后的状态作为平衡态，需要迭代得到最终内力和位移；注意：不是所有结构都能最终迭代收敛的。

3DEC中节理法向循环加卸载模型开发关莉莉;张雪锋【摘要】节理在循环加卸载作用下,其法向变形表现出了很强的非线性,Bandis根据室内试验成果,提出了用双曲线方程来表征节理法向应力与闭合量的非线性关系.鉴于目前3DEC程序在模拟节理非线性变形特征中的不足,结合3DEC提供的接口,对Bandis节理模型进行了二次开发,并给出了运用C++开发3DEC节理模型的步骤.同时,通过内部FISH语言开展了节理在循环加卸载条件下的单轴压缩数值试验,并与室内试验及理论结果进行对比.结果表明:开发的Bandis模型能较好地表征出循环加卸载条件下节理法向应力与法向闭合量之间的非线性关系;数值试验计算结果与理论值完全吻合,验证了所开发模型的正确性.研究成果为循环荷载下岩质边坡的稳定分析提供了基础.【期刊名称】《人民长江》【年(卷),期】2017(048)016【总页数】5页(P93-97)【关键词】节理;法向循环加卸载;非线性变形;Bandis节理模型;3DEC程序【作者】关莉莉;张雪锋【作者单位】黄河水利职业技术学院,河南开封 475004;黄河水利职业技术学院,河南开封 475004【正文语种】中文【中图分类】TP391节理岩体是不连续介质，较完整岩石其力学特性相对复杂，力学性质具有非线性。

在水利枢纽工程、边坡稳定及采矿工程中，大多涉及到了节理岩体的变形稳定性分析。

在高应力及循环荷载等复杂环境下，节理的力学性更为复杂。

节理及其力学性质影响着岩体中的应力分布，并显著影响整个岩体工程的稳定性。

节理在循环荷载下的非线性变形特征成为了节理岩体变形稳定分析的重点。

美国ITASCA公司开发了三维离散单元软件3DEC(3 Dimensional Distinct Element Code)。

该软件是基于Cundall于1971年提出来的离散元方法开发的，允许模型中不同的块体之间在计算时产生大位移、旋转，甚至块体之间完全脱离，并能自动判断块体之间的接触状态变化[1]。

与FLAC3D 的2.0和2.1版本相比，FLAC3D 3.0有哪些新功能？答：计算方面：1.所有的计算和数据均采用双精度浮点制。

2.其运行速度较2.1约快10-15%功能方面：1. 动力模块中增加了hysteretic阻尼对于动力计算，加入了一个新的阻尼特性：hysteretic阻尼。

采用这种形式的阻尼，数值计算模拟产生的应变可基于模型模量和阻尼函数的共同作用。

这就可以使用户将等价线性计算方法的结果与完全非线性无折减本构模型的计算结果进行比较。

另外，对一些其它形式的阻尼，如Rayleigh阻尼，进行了较大的折减，这样在使用hysteretic 阻尼时可以有效地节省计算时间。

2. 在岩石本构模型中增加了Hook-Brown（霍克-布朗）模型加入了霍克-布朗屈服准则，使用户对岩石材料计算结果较为合理。

它的屈服面是非线性的，同时是考虑最大、最小主应力的关系的基础上产生的。

该模型综合了塑性流准则，其特性随着不同的应力水平，呈一变化的函数。

3.热/流体水平对流模型FLAC3D之前已经能提供非线性固体与多孔介质渗流的流固耦合模拟，机械地耦合流体和固体。

而3.0版本的新功能增加了温度可受流体密度影响和流体中温度的水平对流。

4. 3Dshop生成的网格导入3DSHOP是一种能力强大的固体建摸和六面体网格的软件包，也是ITASA的产品。

FLAC3D 原始的网格仍可用，但是用基于WINDOWS操作系统的3DSHOP建复杂模型更为简单方便。

3DSHOP生成的网格能被FLAC直接读取。

5. 动画命令：FLAC3D现在能产生AVI和DCX动画，这是以前的版本没有的功能。

6. 记录颗粒轨迹：颗粒的路径能被记录和显示此外，FLAC3D 3.0也包含下面的新特点（这也是以前版本所不能实现的）：1）网络版2）应用于混凝土加工模拟的水合作用模型。

问：如何显示变形轮廓线的命令？答：plo ske magf 10 其中10为放大系数问：如何查看各个时段不平衡力的具体数值？答：采用his来记录计算，包括位移应力等命令his unbalhis gp(zone) zdis range (0 0 0) 或者id=？导出数据命令his write n vs m begin 时步 end 时步 file filename.hisn表示纪录的id m表示时步要导出不平衡力的具体数值his unbalstep 100000 or solvehis write 1 vs step begin 1 end 1000 file 123.his使用上述命令就可以查看各个时步下的不平衡力的具体数值问：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。

包括离散单元的解决非连续介质的基本原理，离散单元发现在在实际问题领域中的应用范围，着重介绍用离散单元法解决工程问题利用的各种不同软件，尤其现在应用最为广泛的Itasca系列岩土工程专业软件。

一：离散元基本原理离散元法是专门用来解决不连续介质问题的数值模拟方法。

该方法把节理岩体视为由离散的岩块和岩块间的节理面所组成,允许岩块平移、转动和变形,而节理面可被压缩、分离或滑动。

因此,岩体被看作一种不连续的离散介质。

其内部可存在大位移、旋转和滑动乃至块体的分离,从而可以较真实地模拟节理岩体中的非线性大变形特征。

离散元法的一般求解过程为:将求解空间离散为离散元单元阵,并根据实际问题用合理的连接元件将相邻两单元连接起来;单元间相对位移是基本变量,由力与相对位移的关系可得到两单元间法向和切向的作用力;对单元在各个方向上与其它单元间的作用力以及其它物理场对单元作用所引起的外力求合力和合力矩,根据牛顿运动第二定律可以求得单元的加速度;对其进行时间积分,进而得到单元的速度和位移。

从而得到所有单元在任意时刻的速度、加速度、角速度、线位移和转角等物理量。

二：离散元应用领域离散元技术在岩土、矿冶、农业、食品、化工、制药和环境等领域有广泛地应用，可分为分选、凝聚、混合、装填和压制、推铲、储运、粉碎、爆破、流态化等过程。

颗粒离散元法在上述领域均有不少应用：料仓卸料过程的模拟；堆积、装填和压制；颗粒混合过程的模拟。

三：相关计算机软件目前实际问题应用最广泛主流和开发离散元商用程序最有名的公司要属由离散元思想首创者Cundall加盟的ITASCA国际工程咨询公司．该公司开发的软件在现在实际问题应用中最为广泛和主流。

二维UDEC(universal distinct element code)和三维3DEC(3-dimensional distinct elementcode)块体离散元程序，主要用于模拟节理岩石或离散块体岩石在准静或动载条件下力学过程及采矿过程的工程问题．该公司开发的PFC2D和PFC3D(particle flow code in 2／3 dimensions)则分别为基于二维圆盘单元和三维圆球单元的离散元程序．它主要用于模拟大量颗粒元的非线性相互作用下的总体流动和材料的混合，含破损累计导致的破裂、动态破坏和地震响应等问题．Thornton的研究组研制了GRANULE 程序，可进行包括不同形状的干、湿颗粒结块的碰撞一破裂规律研究，离散本构关系的细观力学分析，料仓料斗卸料规律研究等．另外英国DEM-Solution 公司的产品之一EDEM软件也正在推广中，同时由于它的先进性正逐渐的被广泛应用。