FLAC3D是3-D Fast Lagrangian Analysis Code,,即三維快速拉格朗日分析程序,,概括來講,F(xiàn)LAC3D基本承襲了FLAC程序的計算原理,,并將分析能力作進一步延伸而拓展到三維空間,。
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將FLAC理論拓展至三維空間,F(xiàn)LAC3D程序基本思想可簡單描述為,,F(xiàn)LAC3D就介質對象的空間形態(tài)表達,、物理條件(荷載、應力條件等)描述,、受力變形特征等數(shù)值分析總體性環(huán)節(jié)而言,,幾乎與FLAC方法完全相同,但不排除可以出現(xiàn)具體處理細節(jié)上的差異,。作進一步具體化概述,,F(xiàn)LAC3D采用節(jié)點、單元(多面體),、或支護結構單元來離散表達物理介質的空間形體,,形成數(shù)值意義上的“網(wǎng)格群模型”,“網(wǎng)格群模型”的宏觀力學響應應力,、破壞等)取決于網(wǎng)格基本構成元素即節(jié)點的運動狀態(tài),,而節(jié)點本身運動定律則異常簡單,遵從牛頓第二定律,。在節(jié)點運動已知并進一步得到單元的應變狀態(tài)信息的前提下,,網(wǎng)格群模型中單個單元受力變形特征服從成熟數(shù)值模型,如固體力學中的彈性,、彈塑/脆性定律,,其中彈塑/脆性適應于大變形,、破壞問題的力學分析。與FLAC程序一致地,,F(xiàn)LAC3D同樣提供大量成熟力學定律,,具備考慮水、溫度,、動荷載等復雜受力條件對介質受力變形特征影響的分析模式,,此外,程序中的界面單元(inerface)技術亦可模擬現(xiàn)實條件下可能存在的非連續(xù)特征(地質結構面,、或接觸面),。
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計算原理的先后沿承關系決定了FLAC3D程序就物理介質對象的力學分析方法總體遵循FLAC程序基本思想,但不否認二者在具體技術處理環(huán)節(jié)上各具特色,,從應用選擇角度出發(fā),,有必要洞悉、理解方法意義上的關鍵差別:
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FLAC,、FLAC3D分別從二維,、三維的角度來描述物理介質,顯然三維分析方法更為吻合介質體現(xiàn)實形體特征和受力條件,,體現(xiàn)出兩款程序之間質的差別,;
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在建模環(huán)節(jié),F(xiàn)LAC采用先生成總體grid網(wǎng)格并進行局部修正獲得最終網(wǎng)格形態(tài)的建模方法,,與之相對地,F(xiàn)LAC3D則應用自局部堆疊至整體的常規(guī)性建模方式,;
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FLAC,、FLAC3D程序在力學模型庫豐富完善過程中的側重點不同亦體現(xiàn)出兩者在分析功能層面上的細微專業(yè)差別,如在飽和—非飽和流體處理環(huán)節(jié),,F(xiàn)LAC程序植入了更為準確的水土特征定律,,并可考慮水—氣二項介質流動,本質上比FLAC3D所采用的經(jīng)驗理論更為完善一些,,而在蠕變分析環(huán)節(jié),,F(xiàn)LAC3D所擁有的模擬手段又要比FLAC更為豐富一些;
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在特定條件下,,F(xiàn)LAC3D程序可以蛻化為FLAC程序,,盡管FLAC3D的開發(fā)初衷是描述三維空間內(nèi)物理介質的力學行為,但FLAC3D同樣具備二維空間即平面分析能力,,如FLAC3D同時提供平面應力,、平面應變分析解決手段。
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FLAC3D應用領域
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FLAC3D程序基本理論是基于FLAC方法的承襲并作自二維空間向三維空間內(nèi)的延伸,,理論承襲關系同時決定了FLAC3D程序在分析功能,、及行業(yè)應用領域與FLAC程序具備絕對的共性特征,,這里強調分析模式上的共性,如FLAC,、FLAC3D均能考慮水,、溫度、動力等復雜受力條件對介質力學行為的影響,,但就表達物理介質復雜形體特征,、和賦存環(huán)境(如應力環(huán)境)的現(xiàn)實吻合程度而言,F(xiàn)LAC3D基于三維空間的描述方法顯然比FLAC程序考慮的更為貼切一些,。當然,,以上論述并不突出強調方法論上的孰優(yōu)孰劣,旨在建議應用者在分析方法選擇環(huán)節(jié),,應建立在充分了解程序特征的基礎上,,最終根據(jù)問題自身特點和應用需求確定使用哪一款方法。
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與FLAC程序一致地,,快速拉格朗日求解模式除了賦予FLAC3D具備常規(guī)性應力—應變分析外,,本質上決定了程序更適合于固體介質的大變形、或破壞行為(過程)研究,。盡管FLAC3D程序的開發(fā)初衷是滿足巖體工程問題的解決需求,,在世界巖體工程領域內(nèi)更是不乏大量成功應用案例,但隨著非巖體工程領域內(nèi)工作者對FLAC3D諸多技術優(yōu)勢和強大分析能力的逐步認知,,F(xiàn)LAC3D早已拓展到非巖體工程領域,。
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作為概括性介紹,F(xiàn)LAC3D程序的部分應用領域可歸納為:
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巖土工程:主要集中在巖土體介質的變形,、漸進破壞問題上,,例如市政基坑工程開挖支護、高速公路/鐵路路基填筑,、大型高邊坡穩(wěn)定變形機理,、深埋地下工程圍巖破壞、礦山崩落開采等,。隨著分析功能的逐步擴展,,F(xiàn)LAC3D也早已經(jīng)應用到更為復雜行業(yè)問題研究中,如巖體結構動力穩(wěn)定性,、爆破作用下介質破裂擴展,、沖擊地壓、巖體強度尺寸/時間效應和多場耦合(水—溫度—力耦合)等問題,;
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地質工程:構造運動過程,、斷裂過程、水文地質等;
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地震工程:板塊運動,、地震與振動工程等,;
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建筑/結構工程:建筑結構動力穩(wěn)定、建筑材料力學特征研究(如混凝土變形,、強度特征),。
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FLAC3D是一款中、高端產(chǎn)品,,適合于廣泛工程行業(yè)范圍內(nèi)常規(guī),、非常規(guī)問題研究,但應用水平的深化取決于用戶的理論層次,、和對工程實踐認知能力,。為促進用戶取得突破性高水平成果,ITASCA中國公司向國內(nèi)用戶提供各種層次的培訓,,包括針對具體工程問題在ITASCA公司的長期培訓.