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FLAC3D 三维快速拉格朗日(岩土工程)分析程序
售价:    (Tel:+86(27)8786-2349)
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简介:FLAC3D是3-D Fast Lagrangian Analysis Code,即三维快速拉格朗日分析程序,概括来讲,FLAC3D基本承袭了FLAC程序的计算原理,并将分析能力作进一步延伸而拓展到三维空间基于三维OpenGL技术开发的扩展、快速交互式菜单操作界面,为用户提供广泛对象可视化功能,
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    FLAC3D是3-D Fast Lagrangian Analysis Code,即三维快速拉格朗日分析程序,概括来讲,FLAC3D基本承袭了FLAC程序的计算原理,并将分析能力作进一步延伸而拓展到三维空间。

    将FLAC理论拓展至三维空间,FLAC3D程序基本思想可简单描述为,FLAC3D就介质对象的空间形态表达、物理条件(荷载、应力条件等)描述、受力变形特征等数值分析总体性环节而言,几乎与FLAC方法完全相同,但不排除可以出现具体处理细节上的差异。作进一步具体化概述,FLAC3D采用节点、单元(多面体)、或支护结构单元来离散表达物理介质的空间形体,形成数值意义上的“网格群模型”,“网格群模型”的宏观力学响应(变形、应力、破坏等)取决于网格基本构成元素即节点的运动状态,而节点本身运动定律则异常简单,遵从牛顿第二定律。在节点运动已知并进一步得到单元的应变状态信息的前提下,网格群模型中单个单元受力变形特征服从成熟数值模型,如固体力学中的弹性、弹塑/脆性定律,其中弹塑/脆性适应于大变形、破坏问题的力学分析。与FLAC程序一致地,FLAC3D同样提供大量成熟力学定律,具备考虑水、温度、动荷载等复杂受力条件对介质受力变形特征影响的分析模式,此外,程序中的界面单元(inerface)技术亦可模拟现实条件下可能存在的非连续特征(地质结构面、或接触面)。

FLAC3D 三维快速拉格朗日(岩土工程)分析程序

    计算原理的先后沿承关系决定了FLAC3D程序就物理介质对象的力学分析方法总体遵循FLAC程序基本思想,但不否认二者在具体技术处理环节上各具特色,从应用选择角度出发,有必要洞悉、理解方法意义上的关键差别:

    > 更为友好的图形用户界面 —基于三维OpenGL技术开发的扩展、快速交互式菜单操作界面,为用户提供广泛对象可视化功能,包括:模型构造;位移/速度的向量或等值线显示;节理面变形和应力;结构单元变形和应力;以及变形流动等,且程序支持一系列工业标准格式图形输出 。

FLAC3D 三维快速拉格朗日(岩土工程)分析程序

    > 霍克-布朗本构模型:新版本程序植入了霍克-布朗本构模型;该模型具有的非线性屈服面特征考虑了强度的围压效应,并随围压水平变化采用不同的流动法则,实践证明,霍克-布朗模型对于岩体材料力学行为的描述具有独到的优势

FLAC3D 三维快速拉格朗日(岩土工程)分析程序

    > 64位版本 — FLAC3D自版本V3.1之后,除已有的32位程序外,特别定制开发了面向Windows XP X64或Windows Vista 64操作系统的64位应用程序,计算效率和最大寻址能力均得到一定程度的提高

    > 多核处理器并行计算 — 在多核处理器硬件系统架构下,FLAC3D采用多线程技术进行并行计算,经过测试对比发现,相对于单核情形,双核并行计算的计算效率可提高至1.8倍,特别地,并行计算技术与本构自定义模型不产生冲突

FLAC3D 三维快速拉格朗日(岩土工程)分析程序

    > 二维网格拉伸工具 — 基于FLAC模型文件建立FLAC3D三维模型的网格生成工具,支持两种生成形式:单向线性拉伸和沿某一对称轴旋转拉伸

    > 节点混合离散技术(NMD)— 对于大应变非线性问题分析,线性四面体单元往往会在塑性流动过程中出现过度刚化现象,节点混合离散技术的采用,消除了此类问题,使得分析结果更为精确

FLAC3D 三维快速拉格朗日(岩土工程)分析程序

    >‘嵌入式’衬砌结构单元 — 新版‘嵌入式’衬砌单元技术弥补了以往单面接触衬砌单元在模拟双面接触情形的不足,如基坑开挖中挡墙支护的模拟,嵌入地基的部分挡墙结构在其两侧均与岩土体发生相互作用,使得计算条件更为贴近实际

    > FLAC、FLAC3D分别从二维、三维的角度来描述物理介质,显然三维分析方法更为吻合介质体现实形体特征和受力条件,体现出两款程序之间质的差别;

    > 在建模环节,FLAC采用先生成总体grid网格并进行局部修正获得最终网格形态的建模方法,与之相对地,FLAC3D则应用自局部堆叠至整体的常规性建模方式;

    > FLAC、FLAC3D程序在力学模型库丰富完善过程中的侧重点不同亦体现出两者在分析功能层面上的细微专业差别,如在饱和—非饱和流体处理环节,FLAC程序植入了更为准确的水土特征定律,并可考虑水—气二项介质流动,本质上比FLAC3D所采用的经验理论更为完善一些,而在蠕变分析环节,FLAC3D所拥有的模拟手段又要比FLAC更为丰富一些;

FLAC3D 三维快速拉格朗日(岩土工程)分析程序

    > 在特定条件下,FLAC3D程序可以蜕化为FLAC程序,尽管FLAC3D的开发初衷是描述三维空间内物理介质的力学行为,但FLAC3D同样具备二维空间即平面分析能力,如FLAC3D同时提供平面应力、平面应变分析解决手段。

    FLAC3D程序基本理论是基于FLAC方法的承袭并作自二维空间向三维空间内的延伸,理论承袭关系同时决定了FLAC3D程序在分析功能、及行业应用领域与FLAC程序具备绝对的共性特征,这里强调分析模式上的共性,如FLAC、FLAC3D均能考虑水、温度、动力等复杂受力条件对介质力学行为的影响,但就表达物理介质复杂形体特征、和赋存环境(如应力环境)的现实吻合程度而言,FLAC3D基于三维空间的描述方法显然比FLAC程序考虑的更为贴切一些。当然,以上论述并不突出强调方法论上的孰优孰劣,旨在建议应用者在分析方法选择环节,应建立在充分了解程序特征的基础上,最终根据问题自身特点和应用需求确定使用哪一款方法。

    与FLAC程序一致地,快速拉格朗日求解模式除了赋予FLAC3D具备常规性应力—应变分析外,本质上决定了程序更适合于固体介质的大变形、或破坏行为(过程)研究。尽管FLAC3D程序的开发初衷是满足岩体工程问题的解决需求,在世界岩体工程领域内更是不乏大量成功应用案例,但随着非岩体工程领域内工作者对FLAC3D诸多技术优势和强大分析能力的逐步认知,FLAC3D早已拓展到非岩体工程领域。

    作为概括性介绍,FLAC3D程序的部分应用领域可归纳为:

  > 岩土工程:主要集中在岩土体介质的变形、渐进破坏问题上,例如市政基坑工程开挖支护、高速公路/铁路路基填筑、大型高边坡稳定变形机理、深埋地下工程围岩破坏、矿山崩落开采等。随着分析功能的逐步扩展,FLAC3D也早已经应用到更为复杂行业问题研究中,如岩体结构动力稳定性、爆破作用下介质破裂扩展、冲击地压、岩体强度尺寸/时间效应和多场耦合(水—温度—力耦合)等问题;

  > 地质工程:构造运动过程、断裂过程、水文地质等;

  > 地震工程:板块运动、地震与振动工程等;

  > 建筑/结构工程:建筑结构动力稳定、建筑材料力学特征研究(如混凝土变形、强度特征)。

    系统特点:

    基于FLAC连续介质理论的三维分析、试验、和设计软件,被岩土工程、土木工程和采矿工程师广泛用于模拟FEM理论所不能企及的复杂问题,如:复杂工况问题、大变形问题、复杂非线性行为和不稳定系统问题(甚至是大范围屈服/破坏,或坍塌)。FLAC3D已经在工程、咨询、教学和研究中应用了十余年,具有遍布世界范围内50个国家、超过600个用户的庞大用户群,包括工程师、咨询师和科研工作者,成为岩土数值分析的首选工具。

    强大分析功能

    作为一款岩土工程数值分析首选工具,FLAC3D所具有的突出优势是能为物理不稳定问题提供稳定解。基于连续性方法理论特点,FLAC3D特别适用于等效均质体系统静/动态问题求解分析。迄今为止,FLAC3D已经广泛应用于边坡、地下洞室、废弃料隔离、能源处理、地震/微震解译和深埋地下结构等一系列常规、非常规工程问题研究。

FLAC3D 三维快速拉格朗日(岩土工程)分析程序

    方便快捷的使用特征

    FLAC3D可运行于所有Windows操作平台,具有命令流和图形用户界面两种操作模式。程序内置岩土工程领域几乎所有的成熟材料本构模型,辅以静/动态求解模式和高度友好用户界面,使得数值分析过程异常快捷有效。特别地,FLAC3D植入程序编译器FISH,极大拓展了用户对分析流程和FLAC3D内核的操控手段。

    主要特点:

    > 快速拉格朗日求解理论:为物理不稳定系统提供稳定解,时间追赶法辅助用户洞悉节点及网格单元变形历史和应力路径,特别地,能够真实展示与路径相关的材料强度峰后行为


    > 丰富的本构模型库:FLAC3D为连续介质力学分析提供了极为丰富的本构材料库,材料模型的选用取决于计算模式的不同:

         - 静力分析模式下,FLAC3D提供12款成熟本构模型,分为弹性、弹塑/脆性,如弹性、Mohr-Coulomb理想弹塑性、遍布节理、双屈服、应变软化、修正剑桥和Hoek-Brown模型等

         - 特别地,FLAC3D更是提供诸如流体模型、温度模型、蠕变模型、和动力模型满足复杂受力条件对介质力学行为影响研究的需要。

FLAC3D 三维快速拉格朗日(岩土工程)分析程序

    > 强大的分析功能:除基本模块所提供的常规分析功能外,还包括若干可选功能模块,包括:温度分析、蠕变分析、动力分析、和基于C++编译环境的自定义本构模型模块

    > 非连续特征分析能力:针对介质非连续特点(如岩体地质结构面),程序亦提供了界面单元(interface)以模拟沿不连续结构面的滑移/分离响应,,如断层、节理和摩擦边界的力学响应

FLAC3D 三维快速拉格朗日(岩土工程)分析程序

    其他特点:

    > 超常规材料属性定义方法:任一属性可服从连续梯度和数理统计分布规律进行定义

    > 内置复杂模型自动生成器:FLAC3D程序预定义若干通用模型单元,如交叉隧洞、块状地质体等,极大提高常规分析建模效率

    > 高端的初始应力环境处理手段:FLAC3D可以处理极其复杂的地应力场初始化问题,且严格保证执行过程的精确、高效性

    > 多样化的边界条件及其快捷定义:如力边界、速度边界、加速度边界、自由域边界等

    > 完全耦合算法的地下水分析模块:功能包括负孔压计算、饱和-非饱和流计算、自由液面计算,满足复杂流-固耦合问题的需要,此外,程序另外植入的浸润面定义功能适用于常规的有效应力计算分析

    > 动力分析模块中,特别增加的用于描述剪切模量和阻尼比随应变关联的粘滞性阻尼模型

    > 丰富的结构单元库:拥有梁、锚杆/锚索、桩、壳、土工织物、衬砌单元,内嵌了完备的非线性材料本构(结构单元和岩/土介质非协调变形),可用于极其复杂的结构-岩/土相互作用分析

    > 内置程序编译器(FISH):FISH可用于定义用户特定功能,如自定义本构模型,定义新变量和新命令

    > 多款系统版本:与Windows操作系统类型一致地,提供32位和64位两款程序版本

    FLAC3D可选模块

    动力分析模块

    基于时域法,模拟系统的完全动力响应。FLAC3D动力分析核心技术包括:速度或应力激励输入机制;安静边界条件;自由远场和阻尼技术(瑞雷阻尼和粘滞性阻尼)。特别地,动力分析模块可与温度分析、流体分析模块实现完全耦合分析,如土石坝在地震周期往复剪切作用下的液化分析(内置两款液化本构模型)

    蠕变分析模块

    FLAC3D蠕变分析主要由八款蠕变本构模型组成,用于模拟力学响应与时间相关的工程材料变形行为,如粘弹性和粘塑性特征。与其它可选模块不同地,由于时间尺度上的悬殊差异,蠕变分析不可参与动力耦合分析。

    数值模型前处理器 — Kubrix

    Kubrix是一款专为ITASCA数值软件所设计、定制的高端模型前处理软件,当前版本提供了面向FLAC3D和3DEC程序的模型数据输出接口。

    Kubrix几乎具备与所有大型CAD辅助设计软件的模型文件通讯能力,以STL格式完成数据输入,Kubrix为用户提供一系列的网格划分控制技术。Kubrix网格划分技术完全独立于几何模型搭建过程,避免了网格划分过多地依赖于几何模型创建方式,这种模式无疑极大提高了前处理工作效率。

FLAC3D 三维快速拉格朗日(岩土工程)分析程序
 左图:深部科学与工程实验室(DUSEL)模型;右图:复杂地质单元数值模型

    温度分析模块

    温度分析模块主要针对工程材料中的热传导/对流、及热-力耦合问题。与流体分析模块类似,该模块可进行独立运算,或结合其它模块实现耦合分析目的,如参与热-力耦合、热-水力耦合、甚至可结合动力分析模块进行完全动力耦合分析。

FLAC3D 三维快速拉格朗日(岩土工程)分析程序
某双曲拱坝温度—水—力多物理场耦合(THM)分析(据D.Billaus, 2008)

    自定义本构模型模块

    FLAC3D为高级用户定制了自定义本构模型应用接口,即支持用户遵循FLAC3D接口通讯规则编制特定本构模型,并为FLAC3D所调用。目前,FLAC3D所支持的高级开发环境为Visual C++,编译文件格式为动态链接库(DLL)。请访问www.itasca-udm.com了解更多。

FLAC3D 三维快速拉格朗日(岩土工程)分析程序

FLAC3D 三维快速拉格朗日(岩土工程)分析程序
针对大体积裂隙岩体开发的SRM-UJRM本构模型及其现实验证(据B.Sainsbury, 2008)

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