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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 法比有限元法中通常采用的“离散集成法“更为准确、合理。 2 即使模拟的系统是静态的，仍采用了动态运动方程，这使得 FLAC3D 在模拟物理上的不稳定过程不存在数值上的障碍。 3 采用了一个“显式解“方案。因此，显式解方案对非线性的应 力-应变关系的求解所花费的时间，几互与线性本构关系相同，而隐 式求解方案将会花费较长的时间求解非线性问题。面且，它没有必要 存储刚度矩阵，这就意味着， 采用中等容量的内存可以求解多单元 结构； 模拟大变形问题几互并不比小变形问题多消耗更多的计算时 间，因为没有任何刚度矩阵要被修改。 当然，它也存在以下几个不足之处： 1 对于线性问题的求解，FLAC3D 比其他有限元程序运行得 要慢；但是，当进行大变形非线性问题或模拟实际可能出现不稳定问 题时，FLAC3D 是最有效的工具。 2 用 FLAC3D 求解时间取决于最长的自然周期和最短的自然 周期之比。 三、FLAC3D 的特点 1、 应用范围广泛 1.1 包含 10 材料本构模型 Flac3D 中为岩土工程问题的