FLAC3D3.0 版本中文手册
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2.7 用FLAC3D进行问题分析的过程
FLAC3D是基于命令驱动模式的软件，因为大多数的分析都需要用到输入文 件。命令语句控制着分析的进程。当然用户交互式的图形控制界面在某些时候还 是可以派上用场，比如在控制出图的时候会相对方便一些。这一部分主要讲解用 FLAC3D进行简单计算所需要的基本命令的使用方法。如果你发现还是看不懂下 面的内容，建议你回到2.2章节再仔细研究下例题中命令驱动方法，边看边操作 着学习。
本章的教学案例——低粘聚力土体中沟渠的开挖问题。我们将用这个例题来 讲述解决问题的基本过程。这个过程可以分为几个明显的阶段（参见图2.9）。 每个阶段我们都分开来论述，每一个部分中都详述了所用到的各种命令，以使得 用户更明白每个过程的操作。
要建立一个可以用FLAC3D来模拟计算的模型，必须要做以下三步工作： （1）建立模型的有限差分网格； （2）定义本构模型和赋材料参数；
（3）定义边界条件，初始条件。 由网格来定义所要模拟的几何空间。由本构模型和材料参数来限定模型对于
外界扰动做出的变化规律（比如开挖引起的变形反应）。由边界条件和初始条件 来定义模型的初始状态（比如说模型在发生变化或扰动前的稳定状态）。 做好了以上三步工作，就可以进行模型初始平衡状态的计算了。接着对模型 做一些变动（比如：开挖或者改变边界条件），然后再对改动后的模型进行计算。 FLAC3D为采用显式解法的软件，它的实际求解过程不同于常规的隐式解法（具 体参见第一章理论和背景中的背景部分）。FLAC3D是采用显式时间步推的方法 来求解代数方程组的，通过一些时间步的计算，才会得到所要的计算结果。完成 计算所需要的时间步可以由软件自动控制，也可以人为的指定计算步数。但最后， 还是需要用户自己来判断进行了这些时间步的计算，模拟的问题是否已经得到了 最终所要的解。至于如何加以判断，我们将在后面的2.7.4节介绍。
通过图2.9我们能够很清楚的了解FLAC3D是如何一步步的完成问题的模拟 和求解的，那么接下来我们将叙述每一步是通过哪些命令来实现的。
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图2.9 FLAC3D基本求解过程
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2.7.1简单网格的生成
网格的生成是通过输入GEN(GENERATE)+关键词的命令来实现的。该命令 既可以用来定义模型的网格数也可以规定网格的形状、大小来适应模型的空间区 域。
在网格生成器中，提供了一些基本形状的网格以帮助用户快速的进行简单问 题的建模。网格生成器中提供了以下一些基本形状：六面体网格，楔形网格，锥 体网格，柱体网格。下面的例子2.12说明了怎样用命令来创建一个x方向划分成6 格，y和z方向分别划分成8格的矩形网格体。
例题2.12 简单矩形网格的生成
gen zone brick size 6,8,8 plot surf
网格中的单元数由关键词SIZE来定义，网格的单元数不能信手定义，要把 握好精度与计算用时之间的平衡尺度。虽然，数值模型的很多方面都会影响到计 算的速度，但是一旦确定了模型的基本参数，计算速度就主要由模型的总单元数 决定了。根据经验，一个大约由5000个单元组成的模型一般计算2000到4000步就 可以完成求解。在主频为1GZ的奔腾电脑上，FLAC3D进行一个由5000个单元组 成的模型的4000步计算大概也就5分钟的时间。在具体模型的计算中，你可以进 行典型模型的测试，看看你的电脑计算速度有多快。
我们建议：最好开始的时候将网格剖分的相对稀疏一些（1000～1500个单元 左右），先求解一下，看看结果，然后再根据大致的结果有针对性的增加模型的 网格数，以得到更精确的解答。
GEN命令的一种最简单的形式可以在建立网格时给网格定义坐标系统，比 如，现假定开挖例题的模型在坐标系中的空间范围是这样的：x方向，-10～10； y方向，-10～10；z方向,-20～0。下面的例题2.3将告诉你这种情况的模型怎么定 义。
例题2.13 定义全局坐标系
gen zone brick size 6,8,8 p0 -10, -10, -20 &
p1 10, -10, -20 & p2 -10, 10, -20 & p3 -10, -10, 0
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plot surf
在例题中，p0、p1、 p2、 p3关键字代表了标准FLAC3D基本网格的四个角 点（见图2.10），你会注意到在前三个命令行的最后出现了“&”符号，这表示， 接下来输入的那行命令是本行命令的继续，也就是说由于命令太长了，一行写不 下，只能分几行输入，那么命令行之间就是通过“&”符号来衔接的（前面的内 容已经叙述了这方面的知识）。
图2.10 标准FLAC3D网格的角点关键词位置 对于平行六面体网
格，在命令中只需定义四个角点就可以建立网格了，对于 不规则形状的网格，那就需要输入更多的角点信息来建立网格了。下面的例题将 告诉你如何定义一个顶部为斜面的网格。
例2.14 顶部为斜面的网格的定义
gen zone brick size 6,8,8 p0 -10, -10, -20 &
p1 10, -10, -20 p2 -10, 10, -20 &
p3 -10, -10, 0 p4 10, 10, -20 & p5 -10, 10, 10 p6 10, -10, 0 & p7 10, 10, 10 plot surf
从理论上来说关键词p0、p1、 p2、 p3... p7在网格中对应的角点应该是任意 的，但事实上，在软件中角点的定义必须满足图2.10中的排列方式（比如说：p0、 p1、 p2、 p3必须满足右手法则）。
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在之前的教学例题中我们知道，模型边界的不同会影响模型的计算结果。所 以模型的边界应该要离开挖的沟渠足够的远，以减少边界对计算的影响。我们可 以定义一种环绕的放射状网格。这种网格可以在不需大量增加网格数量的基础上 将边界移到“更远”的地方。例如，我们可以使用GEN ZONE RADBRICK 命令 创建一个矩形外环绕放射状网格。具体命令的使用见例题2.15，在本例中，创建 了这样一个混合网格：一个3×5×5的矩形网格＋在此网格外围创建的一个由7 格单元组成的放射状网格。
例2.15 创建外环绕放射状网格
gen zone radbrick &
p0 (0,0,0) p1 (10,0,0) p2 (0,10,0) p3 (0,0,10) &
size 3,5,5,7 & ratio 1,1,1,1.5 & dim 1 4 2 fill plot surf
FLAC3D中，三维坐标轴总是遵循右手法则的，并且系统在显示图形的时候， 会将z轴默认为竖直方向。在例题2.14中我们就是采用了系统的默认设置，将Z轴 设定为竖直方向，但这并不是规定死的，在例题2.15中，我们就定义了Y轴为竖 直方向。只要是坐标系满足右手法则，我们可以在建立模型时任意定义坐标的方 向。
在例题2.15中， SIZE 关键词定义了矩形网格的网格数和环绕其外的放射状 网格的网格数（参见图2.11）；RATIO关键词定义了网格的间距，前三个值定义 了矩形体三个坐标方向的比率，第四个值定义了环绕扩散单元的扩散比率，在上 例中该值为1.5，即表示放射状网格单元的尺寸以1.5倍的倍率慢慢变大。DIM关 键字定义了矩形单元的范围（在上例中为：1m×4m×2m）FILL命令定义在矩形 区域填充单元，如果在DIM关键字没有FILL关键字，那么在长方体部分就不会生 成单元。
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