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1.FLAC基本简介与本构关系

FLAC基本简介与本构关系

第一讲

FLAC技术的基本原理和应用范围

1、FLAC基本简介与本构关系

1.1 FLAC程序简介

FLAC(Fast Lagrangian Analysis of Continua,连续介质快速拉格朗日分析)是由Cundall和美国ITASCA公司开发出的有限差分数值计算程序,主要适用地质和岩土工程的力学分析。该程序自1986年问世后,经不断改版,已经日趋完善。前国际岩石力学学会主席C. Fairhurst 评价它:“现在它是国际上广泛应用的可靠程序”(1994)。

根据计算对象的形状用单元和区域构成相应的网格。每个单元在外载和边界约束条件下,按照约定的线性或非线性应力—应变关系产生力学响应,特别适合分析材料达到屈服极限后产生的塑性流动。。由于FLAC程序主要是为岩土工程应用而开发的岩石力学计算程序,程序中包括了反映岩土材料力学效应的特殊计算功能,可解算岩土类材料的高度非线性(包括应变硬化/软化)、不可逆剪切破坏和压密、粘弹(蠕变)、孔隙介质的固—流耦合、热—力耦合以及动力学行为等,

另外,程序设有界面单元,可以模拟断层、节理和摩擦边界的滑动、张开和闭合行为。支护结构,如砌衬、锚杆、可缩性支架或板壳等与围岩的相互作用也可以在FLAC中进行模拟。此外,程序允许输入多种材料类型,亦可在计算过程中改变某个局部的材料参数,增强了程序使用的灵活性,极大地方便了在计算上的处理。同时,用户可根据需要在FLAC中创建自己的本构模型,进行各种特殊修正和补充。

FLAC程序建立在拉格朗日算法基础上,特别适合模拟大变形和扭曲。FLAC采用显式算法来获得模型全部运动方程(包括内变量)的时间步长解,从而可以追踪材料的渐进破坏和垮落,这对研究工程地质问题非常重要。FLAC程序具有强大的后处理功能,用户可以直接在屏幕上绘制或以文件形式创建和输出打印多种形式的图形。使用者还可根据需要,将若干个变量合并在同一副图形中进行研究分析。

1.2 本构模型

FLAC程序中提供了由空模型、弹性模型和塑性模型组成的十种基本的本构关系模型,所有模型都能通过相同的迭代数值计算格式得到解决:给定前一步的应力条件和当前步的整体应变增量,能够计算出对应的应变增量和新的应力条件。注意,所有的模型都是在有效应力的基础上进行计算的,在本构关系调入程序之前,将孔隙压力把整体应力转化成有效应力。下面将简要的介绍各种模型的理论基础。

1、空单元模型

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