FLAC3D基础知识
2024flac3d入门指南
flac3d入门指南•软件介绍与安装•界面操作与基本功能•初级实例分析：简单模型模拟•中级实例分析：复杂模型模拟目•高级功能应用与技巧•工程案例分析与实战演练录01软件介绍与安装FLAC3D概述FLAC3D（Fast Lagrangian Analysis ofContinua in3Dimensions）是一款用于模拟三维连续介质力学行为的有限差分软件。
它基于显式拉格朗日算法和混合离散化技术，适用于分析复杂地质和岩土工程问题。
FLAC3D广泛应用于边坡稳定、地下工程、隧道开挖、地震工程等领域。
A BC D软件特点与优势显式算法采用显式有限差分法，无需迭代求解，计算效率高。
强大的后处理提供丰富的后处理功能，如等值线、矢量图、动画等，方便用户分析和展示模拟结果。
真实模拟能够模拟复杂的材料本构关系、节理、断层等地质结构，实现真实世界的准确模拟。
开放性支持用户自定义本构模型、边界条件等，方便用户进行二次开发和扩展。
1 2 3安装步骤1. 下载FLAC3D安装包，并解压到指定目录。
2. 运行安装程序，按照提示完成安装过程。
3. 配置环境变量，将FLAC3D的安装路径添加到系统环境变量中。
4. 启动FLAC3D软件，进行初步设置和配置。
01注意事项02确保计算机满足FLAC3D的系统要求，如操作系统、内存、硬盘空间等。
03在安装过程中，选择合适的安装选项和配置，以满足个人或团队的需求。
04在使用FLAC3D前，建议仔细阅读用户手册和相关教程，以充分了解软件的功能和操作方法。
02界面操作与基本功能启动界面及工具栏介绍启动界面展示软件LOGO、版本信息以及最近打开的文件列表。
工具栏包含文件操作、模型操作、视图操作、分析设置等常用工具按钮。
菜单栏提供详细的软件功能选项，包括模型、网格、材料、边界条件、分析等。
通过绘制点、线、面等基本元素构建三维模型。
模型建立网格划分几何体素导入对模型进行离散化，生成有限元网格，可设置网格密度和类型。
FLAC3D基础知识介绍
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。
FLAC3D基本原理及简单实例
FLAC3D基础知识
• 其中，体积模量K和剪切模量G与杨氏模量E和泊松比v有以下关系：
E 3(1 2 ) E G 2(1 ) K
9 KG 3K G 3K 2G G 2(3K G ) E
或
摩尔-库伦塑性模型需要材料参数有： （1）密度 （2）体积模量 （3）剪切模量 （4）内摩擦角 （5）粘聚力 （6）抗拉强度 如果不指定这些材料参数，其值将会自动默认为零。
3D
生成网格
执行变更
定义材料本构关系和 性质 定义边界、初始条件
计算结果保存及调用
图形绘制及结果输出
FLAC3D基础知识
指定材料模型
• 一旦完成了网格的生成，就必须给模型中的所有单元指定一种或者更 多的材料模型及相应的性质。这可以用两个命令MODEL和 PROPERTY来完成。FLAC中有十种内置的材料模型，一般只用三种 模型：MODEL null，MODEL elastic和MODEL mohr。 • MODEL null指的是从模型中去除的或开挖的材料； MODEL elastic 指的是各向同性弹性材料行为； MODEL mohr指的是摩尔-库伦塑性 行为。 • MODEL elastic和MODEL mohr需要通过PROPERTY命令指定材料的 性质，弹性模型需要的材料参数有： • （1）密度 • （2）体积模量 • （3）剪切模量
f t 3 t
式中， 是摩擦角，C是粘聚力， t 是张拉强度，且有：
N
3
张拉强度不超过 值，最大值由下式给定：
1 sin 1 sin
t max
c tan
2.2 FLAC3D常用材料本构模型
Mohr-Coulomb模型
流动法则
FLAC3D的基本知识介绍
FLAC3D的基本知识介绍岩土工程结构的数值解是建立在满足基本方程（平衡方程、几何方程、本构方程）和边界条件下推导的。
由于基本方程和边界条件多以微分方程的形式出现，因此，将基本方程近假发改用差分方程（代数方程）表示，把求解微分方程的问题改换成求解代数方程的问题，这就是所谓的差分法。
差分法由来已久，但差分法需要求解高阶代数方程组，只有在计算机的出现，才使该法得以实施和发展。
FLAC3D（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V5.0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。
并且其推出的FLAC SLOPE有了WINDOWS界面。
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发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。
FLAC3D采用ANSI C++语言编写的。
FLAC3D基础知识介绍
FLAC3D根底知识介绍一、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根本内存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，目前已开展到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程序进展计算，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，能够进展土质、岩石和其它材料的三维构造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构造。
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假设干四面体单元，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。
flac3D基本常识续
gen zone brick\wedge\pyramid\tetrahed size 6 8 8\\获得模型plotcreate Trench\\创建块Trenchadd surface yellow\\给块加色add axes black\\建立坐标系show\\显示create Trench2add surface yellowadd axes blackset rotation 17.495 9.847 28.481\\旋转set center 3 4 4set dist 26.12set magnification 0.8\\于原始模型的比例show\\显示q\\退出model mohr\\应用摩尔库仑准则print mem\\调入内存prop bulk = 1e8 shear = 0.3e8 fric = 35bulk\\给体弹性模量、剪切弹性模数、内摩摩擦角赋值prop coh = 1e10 tens = 1e10\\给粘聚力、抗张强度赋值set grav 0, 0, -9.81\\抗张强度设定重力加速度ini dens = 1000\\密度fix x range x -0.1 0.1fix x range x 5.9 6.1fix y range y -0.1 0.1fix y range y 7.9 8.1fix z range z -0.1 0.1\\设定xyz的边界范围hist n = 5\\设定每计算五布显示一次hist unbal\\显示最大失稳压力记录状况hist gp zdisp 4,4,8\\显示z方向的位移在点448记录状况set mech force=50\\限定失稳压力小于50时停止计算solve\\计算plotplot create GravV\\创建gravv体plot set plane dip=90 dd=0 origin=3,4,0\\建立面与xy面垂直并垂直于y轴并以3,4,0点为起始建立gravv体plot set rot 15 0 20 ; this could be achieved interactively\\旋转plot set center 2.5 4.2 4.0 ; and is shown here simply to illustrate \\中心plot add bound behindplot add bcont szz planeplot add axesplot showqsave trench.sav\\保存plot printplot print view\\显示视图prop coh=1e3 tens=1e3\\给整个块体的粘聚力和抗拉强度赋值model null range x=2,4 y=2,6 z=5,10\\确定洞的尺寸set large\\设定最大合理拉伸力使其破坏ini xdis=0 ydis=0 zdis=0\\为计算方便与结果无关step 2000\\设置时间段步骤plotcreate DispContcopy GravV DispCont settingsadd cont disp plane behindadd axesshowprint gp position\\显示ID号及节点数和其坐标print zone\\显示块数及质心坐标1.FLAC3D是有限元程序吗？答：不是！是有限差分法。
FLAC3D基础知识介绍解析
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。
flac3D基本常识续
gen zone brick\wedge\pyramid\tetrahed size 6 8 8\\获得模型plotcreate Trench\\创建块Trenchadd surface yellow\\给块加色add axes black\\建立坐标系show\\显示create Trench2add surface yellowadd axes blackset rotation 17.495 9.847 28.481\\旋转set center 3 4 4set dist 26.12set magnification 0.8\\于原始模型的比例show\\显示q\\退出model mohr\\应用摩尔库仑准则print mem\\调入内存prop bulk = 1e8 shear = 0.3e8 fric = 35bulk\\给体弹性模量、剪切弹性模数、内摩摩擦角赋值prop coh = 1e10 tens = 1e10\\给粘聚力、抗张强度赋值set grav 0, 0, -9.81\\抗张强度设定重力加速度ini dens = 1000\\密度fix x range x -0.1 0.1fix x range x 5.9 6.1fix y range y -0.1 0.1fix y range y 7.9 8.1fix z range z -0.1 0.1\\设定xyz的边界范围hist n = 5\\设定每计算五布显示一次hist unbal\\显示最大失稳压力记录状况hist gp zdisp 4,4,8\\显示z方向的位移在点448记录状况set mech force=50\\限定失稳压力小于50时停止计算solve\\计算plotplot create GravV\\创建gravv体plot set plane dip=90 dd=0 origin=3,4,0\\建立面与xy面垂直并垂直于y轴并以3,4,0点为起始建立gravv体plot set rot 15 0 20 ; this could be achieved interactively\\旋转plot set center 2.5 4.2 4.0 ; and is shown here simply to illustrate \\中心plot add bound behindplot add bcont szz planeplot add axesplot showqsave trench.sav\\保存plot printplot print view\\显示视图prop coh=1e3 tens=1e3\\给整个块体的粘聚力和抗拉强度赋值model null range x=2,4 y=2,6 z=5,10\\确定洞的尺寸set large\\设定最大合理拉伸力使其破坏ini xdis=0 ydis=0 zdis=0\\为计算方便与结果无关step 2000\\设置时间段步骤plotcreate DispContcopy GravV DispCont settingsadd cont disp plane behindadd axesshowprint gp position\\显示ID号及节点数和其坐标print zone\\显示块数及质心坐标1.FLAC3D是有限元程序吗？答：不是！是有限差分法。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
*对于动力学分析,网格域尺寸应该足够小以模拟波的精确 传播,网格尺寸必须小于1/8-1/10的最短波长.
FLAC3D ：
FLAC网格生成的关键特征： • FLAC3D 是命令驱动.
•
•
使用FLAC3D内置基元进行形 状组合可形成复杂网格.
用户自定义FISH 函数可以用 来修改基元网格以创建更为 复杂的网格. 第三方软件导入.
z
σzz
σxx
非均匀材料考虑应力梯度(初始)
楔形
3、FLAC3D边界条件
真实边界：存在于被模拟的自然物体上。 人工边界：在现实中不存在，在数值模拟中使用 它形成封闭的网格。
FLAC3D模型边界可施加的力学边界条件： 位移边界和应力边界
应力边界
• apply szz=-1e5 sxz=-.5e5 range z -.1 .1
z
σxz
σzz
x
FLAC3D中模型术语
理想模型构建——AutoCAD
• 将理想复杂模型反应在AutoCAD上，以便进行复杂数据 找点。
FLAC3D建模（网格生成）
FLAC3D网格设置要点
n n n n n
从粗糙的网格开始调试.
避免畸形网格域和域宽的突然跳跃.
避免高应力区的网格域长宽比太大. 确保边界足够远以避免影响结果. 避免自由面上三角形网格域.
力 学 参 数 调 整
菜单驱动(计算模式)
命令栏
FLAC3D
FLAC3D
FLAC3D的文件格式
保存文件 (*.sav) – 含有所有状态变量和用户定义条 件的二进制文件 数据文件 (*.dat) – 数据文件由用户创建的一种 ASCⅡ格式的文件，它包括一系列的用于描述所分析 问题的FLAC3D命令 历史记录文件 (*.his) – 记录输入输出历史值的文件 图形文件 – 图形文件(各种标准格式) 电影文件 (*.dcx) – AVI或PCX图像文件，这些图像文 件可以当作电影放映
•
FLAC3D网格基元
块体
径向块体
退化块体
径向隧道
楔体
径向柱体
金字塔 柱状壳体
四面体
柱状交叉
柱体 隧道交叉
径向柱体
块体
柱状交叉
Generate zone 生成网格常用关键词
关键词 dimension edge 含义 内部区域尺寸 网格的边长
fill
P0到p16 ratio size
用网格充填内部区域
均匀材料考虑应力梯度(初始)
• • • • • • ini density 2500 set grav 0 0 -10 fix x y z range z -.1 .1 ini szz -5e6 grad 0 0 2.5e4 apply sxx -2.5e6 grad 1.25e4 0 0range x -.1 .1 apply sxx -2.5e6 grad 1.25e4 0 0 range x 19.9 20.1
应力梯度的施加
• apply sxx -10e5 gradient 0 0 1e5 range z -100 0
z
σxx
x
位移边界
• • • • • • 使用applay命令或fix和ini fix x y z range y -.1 .1 apply yvel 1e-5 rnage y -.1 .1 或者 fix x y z range y -.1 .1 ini yvel 1e-5 range y -.1 .1
圆柱壳体
gen zone cylint p0 0 0 0 p1 5 0 0 p2 0 5 0 p3 0 0 5 p8 3 3 0 p9 0 0 3 p10 3 5 0 p11 0 5 3 p12 5 3 0 p13 5 0 3 size 3 5 10 4 group 1
圆柱型交 叉
gen zone wedge p0 0 0 0 p1 5 0 0 p2 0 5 0 p3 0 0 5 size 3 5 4 group 1
z y x
人工边界
• 对称面 • 截断面
4、初始条件
• 在土木或采矿工程中，在开挖和建筑开始前，存在原岩应
力。通过在Flac3D网格中设定初始条件，可重现原岩应
力，因为它能够模拟顺序建模过程产生的影响。
• 不考虑重力影响的均匀应力(初始)
• ini sxx -5e6 syy -1e7 szz -5e6 (省去set gravity)
内 容
理想模型构建——AutoCAD FLAC3D建模（网格生成） FLAC3D边界条件 FLAC3D初始条件 FLAC3D本构模型选择 赋予材料属性 开挖计算 结构单元及应用
确定模型分析目标 搜集地质资料和 模拟岩层的力学参数 建立理想力学模型
模拟结果分析
对比矿压监测结构 方案设计
平行六 面体放 射状
gen zone radcy p0 0 0 0 p1 10 0 0 p2 0 5 0 p3 0 0 5 p8 5 0 0 p9 0 0 3 p10 5 5 0 p11 0 5 3 size 3 5 10 4 group 1
圆柱形 隧道
gen zone cshell p0 0 0 0 p1 5 0 0 p2 0 3 0 p3 0 0 5 p8 3 0 0 p9 0 0 3 p10 3 3 0 p11 0 3 3 size 3 5 10 p0 0 0 0 p1 5 0 0 p2 0 3 0 p3 0 0 5 p8 3 0 0 p9 0 2 0 p10 0 0 2 size 5 3 6 8 group 3
放射状
gen zone radt p0 0 0 0 p1 10 0 0 p2 0 5 0 p3 0 0 5 p8 5 0 0 p9 0 0 3 p10 5 5 0 p11 0 5 3 size 10 5 3 4 group 1
各种形状网格的参考点 单元尺寸大小的比率 网格在每个坐标方向的单元数目
gen zone brick p0 0 0 0 p1 10 0 0 p2 0 5 0 p3 0 0 5 size 10 5 3 group 1
六面体
gen zone cyl p0 0 0 0 p1 5 0 0 p2 0 3 0 p3 0 0 5 size 5 3 6 group 2