FLAC3D快速入门手册翻译版一米.docx

1、FLAC3D快速入门手册翻译版一米快 速 入 门(GETTING STARTED)版本：flac3d 3.0版（FTD127） 翻译：一米2009.06声 明现在市面上关于FLAC3D软件的教材寥寥无几，在学习的过程中， 主要还是参考软件本身的使用手册，虽然读英文版手册有些吃力，但 是它论述非常详细，我觉得是用户最好的教材。我在边看手册的时候 边做了翻译，目前为止翻译完成了本部分的内容（略去了部分内容和 例子），还翻译了命令手册的前半部分内容，等翻译完成了，也会和 网友共享，但是像本人这类英语水平一般的人做这样的翻译工作是比 较辛苦的，我也不确定是否有毅力完成命令手册下半部分的内容。虽 然这样

2、的工作比较艰难，但我觉得还是学到了不少东西，手册是最原 始，最翔实的基础教材，看明白了手册，运用软件才会游刃有余。由于本人专业水平和英语能力的限制，存在问题是在所难免的， 有的地方甚至可能曲解了原意。考虑到时间因素，译文的措辞没有细 细斟酌，还请网友谅解。如果发现译文中的错误，还请广大读者斧正。一米2 快速入门这一部分将向初次使用 flac3d 的用户介绍软件的基本使用方法。主要有以下 内容：软件的安装与启动；用软件分析解决问题的步骤，在每一步的操作中，都 有简单例题来说明该步骤具体是如何操作的。如果你对软件比较熟悉，但是现在很少用它来处理问题，那么这部分的内容（尤其 2.7 节）能很好的帮你

3、回顾软件操作的要点。本部分 3.3 节全面详细的介 绍了如何进行问题的求解。Flac3d 支持命令驱动和图形菜单驱动两种模式*。在本手册中大部分的算例 都采用了命令驱动模式。我们认为这种模式能给用户提供操作软件最清晰的思 路。在 1.1 节中我们就已经提到了命令驱动模式使得 flac3d 在分析求解工程问题 时成为了一个功能强大的“多面手”。然而这种模式让新用户，或者长时间未接 触软件的老用户用起来有点不那么容易。命令行必须用键盘输入，可以直接输入 到软件的命令窗口，或者先保存为数据文件，再通过软件的相关命令进行读取。 Flac3d 能识别超过 40 个主命令和 400 多个附属的关键词。本部

4、分主要包括以下内容：1 在 2.1 节，手把手的教你们如何在自己的电脑上安装和启动 flac3d 软件。2 在 2.2 节，用一些简单的教学案例帮组用户熟悉一些常用的命令。3 在用户建立自己的模型并进行分析计算之前，有必要先了解 flac3d 的一 些基本知识。在 2.3 节讲述了 flac3d 的基本术语；在 2.4 节主要说明了有 限差分网格的定义规则；而在 2.5 节阐述了输入命令的基本句法。4 在 2.6 节，阐述了 flac3d 的特点，比如创建、命名和使用对象，以方便 用户进行问题的求解5 在 2.7 节，一步步的指导用户如何建模和分析问题，每一个步骤都分开 论述，并提供简单的例子

5、帮助用户理解。6 2.8 节2.10 节分别论述了系统的符号约定、单位体系和精度限制7 2.11 节说明了软件中各种类型文件的创建和使用。8 2.12 节对图形菜单操作模式进行了简介。*：对于初级用户来说一般图形菜单驱动模式只进行图形输出或者文件操作。本 章节的最后一部分将向用户展示如何使用图形菜单驱动模式来操作软件。2.1 安装启动程序2.1.1 系统要求安装运行 flac3d 需要的系统最低配置如下：处理器：时钟频率至少为 1GHZ，处理器的主频越高，那么 flac3d 的计算速度将 越快。硬盘：安装软件至少需要 12MB 的硬盘空间。如果装载了在线的用户手册，那么 还需要 16MB 的空

6、间。（注意默认情况下，安装软件时会自动装载用户手册）。除 此之外，还需要至少 100MB 的硬盘空间来存储分析计算时生成的各种文件。 内存启动软件至少需要 3MB 的内存。在建模过程中，软件所占用的内存，会 不断的发生变化（见表 2.1）WINDOW 操作系统还限定了软件建模时占用的内 存不能超过 2GB。显示器：推荐 1024768 分辨率，16 位彩色显示器。操作系统：FLAC3D 是 32 位操作系统的应用程序，所以基于 intel 技术的 WINDOWS 98 及以上操作系统均支持软件的安装和使用。 输出设备：默认情况下，系统图形会输出到系统打印机上。也可以复制到剪贴板 上，或者保存为

7、格式化的文件，这里所说的格式包括：加强型图元文件格式和位 图文件格式（PCX/BMP/JPEG）。用户可以使用 set plot 命令来指定输出的形式及 格式。2.1.2 软件的安装（略）2.1.3 组件软件的可执行文件为“F3300.EXE”。FLAC3D 是使用 VC+ 7.0 编写的。除 了可执行程序外，还需要两套动态链接库（DLL 文件），一套用来接入和存取各 种各样的图形；另一套提供内置的各种本构模型。2.1.4 应用程序和图形处理设备在使用 FLAC3D 时，各种应用软件和图形处理设备会起到很大的辅助作用。 编辑器：任何以 ASCII 码为标准格式的文本编辑器都可以用来创建 FLA

8、C3D 的 数据文件。但是必须要注意一些“先进”的文档编辑器（如 WordPerfect, Word 等软件），这些编辑器会把格式说明信息编译成标准输出格式，这些说明信息并不能被 FLAC3D 识别，所以导入这类文档时会出现错误。FLAC3D 输入的数据文件必须是标准 ASCII 码形式的文件。图形输出设备：FLAC3D 支持很多种类型的图形处理设备，默认情况下，生成的 图形可以用“Plot hardcopy”命令来连接到系统默认的打印机以便输出。（或者通 过 FLAC3D 主窗口中 FILE 菜单栏下的 print-view 来设定）“Plot clipboard”命令可以将显示的图形，存放

9、到 WINDOWS 剪贴板上（没 有任何文件生成）。该图形接着就可以以加强型图元文件格式被粘贴到其它兼容 该格式的 WINDOWS 应用程序中去。“Set plot metafile”命令可以将图形以加强型图元格式存盘，以便作为计算 的参考或日后插入到文档中去。通过命令：Set plot +关键词（pcx, bitmap, bmp 或者 jpg）可以存储为许多图 像格式（pcx,bmp,jpeg 等）。输出的这些位图的分辨率由命名行：Set plot size 来控制。当然也可以使用 Set plot avi 或者 Set plot dcx 以及 Set plot movie 命令将显示图形输

10、出为视屏格式。无论是黑白的还是彩色的 postscript 打印机，都需要通过“Set plot postscript” 命令来指定。打印图形将存储为文件，这样支持 postscript 格式的图形处理程序 就可以读入并进行修改了。2.1.5 启动软件双击可执行文件“F3300.EXE”便启动了程序，接着会弹出一个 FLAC3D 的 主窗口。在主窗口的最下面附带了一个命令窗口，我们可以把命令直接输入到命 令窗口中来执行相关命令，命令窗口最初显示的提示符为：“FLAC3D”。当软件启动后，它占用的系统内存是随着用户的操作而不断变化的（比如说， 在建模过程中，系统所占用的内存会越来越多）。我们可以

11、在命令窗口中输入 print memory system 命令来查看现阶段程序已占用的内存及操作系统还可为软件提供 的总内存。如果你在操作过程中发现命令失效（并不是命令错误），那么一定是 系统可分配的内存太少了，软件所占用的内存过多。这个时候，最好退出并重启 软件，以释放内存。表 2.1 列出了一般建立摩尔库伦材料模型的单元数与软件占 用的内存之间的大致对应关系。表 2.1 FLAC3D 内存使用情况表单元数占用内存量（MB）20320303684031615033146035412.1.6 版本号说明（略）2.1.7 程序的初始化 刚打开FLAC3D软件，它首先会在当前文件夹下寻找“FLAC

12、3D.INI”文件，如果没有找到，它就会到安装目录下寻找。它的作用是存放用户设定的程序初始化 模式的命令。以便每次打开软件都载入用户的初始设置。如果“FLAC3D.INI”文件不存在，软件继续运行而不会提示出错信息，注意 一点：一些存储在“FLAC3D.INI”里的命令，如果并不是设置初始化的命令，有 可能导致错误的信息。2.1.8 运行FLAC3DFlac3d命令驱动模式包括两种方式：交互模式（在命令窗口中输入命令行）； 命令流模式（将命令行保存在数据文件中，通过读入该文件执行相关命令）。如 果输入的命令存在错误，那么窗口中将会出现错误提示。命令流文件一般通过文 本编辑器创建和修改（见2.1

13、4节），虽然命令流文件可以定义为任何文件名，但 是最好设定其扩展名为“.dat”，以防止和flac3d其它类型的文件相混淆。要读入命令流文件可以使用以下命令：call file.dat其中，file.dat 指的是用户定义的命令流文件的文件名。一旦读入文件，你 会发现软件会将当前在文件中读入的命令行，显示在屏幕上。如果命令流文件保 存在当前文件夹下*，那么在call命令后面只需输入完整的文件名即可，否则还应*笔者注：所谓的当前文件夹包括两种情况：1、没有读入任何数据时当前文 件夹指的是软件应用程序所在的文家家。2、如果已读入了数据，比如导入了模 型信息文件（“.flac3d”文件），这时当前文

14、件夹指的就是用户之前读入文件所 在的文件夹。在文件名前面加上文件的完整路径（比如：c:我的文件夹 file.dat）。除这种方法外，我们也可以菜单操作读入文件：依次点file-call按钮（见2.12节） 为方便起见，我们可以为应用程序创建快捷键，右键点击“F3300.exe”不放，并拖动到相应的创建快捷键的位置，松手后会弹出一个对话框，选中“在当 前位置创建快捷方式”，这样就生成了一个快捷方式。双击该快捷方式就可以启 动软件。创建快捷方式的目的并不只在于方便打开应用程序，我们右键新创建的 快捷方式，选择“属性”，接着在弹出的对话框中将“起始位置”这个文本框中 内容删除并点击左下角的确定按钮。

15、这样当你双击该快捷方式启动应用程序时， 系统默认的“当前文件夹”就是快捷方式所在的文件夹了。我们可以将快捷方式 和输入文件放在同一目录下，这样就方便了文件的输入。2.1.9 装载测试文件（略）2.2 一个简单的计算教程常用命令的使用这一部分主要是为那些刚接触FLAC3D，跃跃欲试的新用户准备的。在这一 部分，将通过一个简单的例子来帮助用户学习一些求解问题的基本知识。例题的主要问题描述如下：在一块土体中一次性开挖一个2m4m4m的沟 渠，并对沟渠周围土体的变形作监测和分析。为了给用户提供方便，在安装目录 中“TutorialBeginner”文件夹下的“TUT.DAT”数据文件里包含了本例题使用

16、的 所有命令。我们采用交互式的方法在FLAC3D中运行该算例。（即：用键盘输入命令行， 在命令行输入完成后按回车键，然后直接查看输入命令后的结果）首先让我们打开FLAC3D软件，打开后，便可以看到FLAC3D的主窗口，在 主窗口下方，是命名窗口，命令窗口的初始提示符为“FLAC3D”。 建立初始的有限差分网格的命令为GENERATE*：GEN ZONE BRICK SIZE 6 8 8这个命令会在软件中建立一个X方向有6格，Y方向有8格，Z方向有8格的三 维长方体网格。在我们建立的这个模型中，Z方向为竖直方向。我们可以用PLOT 命令进入绘图模式，在该模式中可以观察所建立的网格。 一旦输入PL

17、OT命令，那么接下来所要输入的命令都必须为PLOT子命令，绘图窗 口默认定义为一个名为“BASE/0”的窗口，我们可以看到这时提示符变成了“Plot Base/0”。为了显示彩色的网格体和模型的坐标系，就需要输入如下的命令行： 例2.2 创建和使用新视窗create Trench（创建了一个叫做“TRENCH”的视图窗口）add surface yellow（表面显示黄色） add axes black（显示黑色的坐标轴） show（在屏幕上显示） 新创建的视窗自动的设置为当前活动视窗。按键盘上的x 、y、 z键（小写状态）可使得当前视图绕着X Y Z轴旋转（大*：该命令的详细信息请参见命令手

18、册部分的第一章节。注意命令可以缩写， 变量与其对应的参数值之间可以试用“”符号来分隔（见2.5节）。写状态时旋转方向相反）使用m(M)键则可以对视图进行放大（缩小）,方向键则可以控制视图进行平移。当然反方向旋转也可以使用shift+控制键实现（其原理 就是大小写之分）对视图的其它一些操作和控制，可以参考命令手册部分的表1.2。注意：我们也可以通过PLOT 命令直接指定放大的倍数和视角。每一个视图 窗口的左边都会有该视图的详细信息：CENTER(中心);ROTATION（旋转角度）； DIST(距离)；MAG（放大倍数）等。我们现在通过交互模式建立我们想要的视 图，而这些视图的数据信息其实还可以

19、转变成数据文件，这样在其它视图中想要 得到类似的视图效果，就可以通过命令输入相同的数据。（实现过程见例题2.3） 我们现在在例题2.2的基础上再建立一个视图窗口通过输入以下命令来创建一个 新视图。例2.3 指定视窗显示数据create Trench2add surface yellow add axes blackset rotation x y z set center x y z set dist dset magnification mshow新例题2.3中多输入了加了黑体字的部分(红色部分的数字等同于例题2.2中 经用户调整后显示在屏幕左侧中对应的数据)，该部分等同于用键盘控制视图，2

20、.3和2.2的两个视图应该是一模一样的。 还是来看例子2.2：在Trench视窗中我们建立了一个688（m）坐标原点在（0，0，0）的网格。网格的尺寸，原点，以及网格的密度都是可以通过GEN+关键词的命令来更改的。这个问题将在稍后再作介绍。 现在我们要给整个模型空间定义本构模型和具体材料参数。在本例中我们定义为摩尔库伦弹塑性本构模型。反回到“Flac3D”命令模式（如在PLOT模式 中，按回车键即可返回）并输入：model mohr这个命令就定义了该网格体的本构模型为摩尔库伦模型。网格中的每块区域都可能需要定义成不同的本构模型和赋予不同的材料参数。但是如果MODEL命令后没有特别指定命令作用的

21、区域，则系统默认为作用的范围为整个模型。 为了提高塑性解答的精度，每一个单元都会自动的被细分为两组四面体的子网格（参见理论与背景部分的第一章）。 想知道计算这个问题需要占用多少的内存，可以输入以下命令：print mem sav mem sys输入命令后软件便会提供一张在现阶段内存的统计列表。我们这个例子在现 阶段大概需要占用0.6MB的内存来存储数据，大约需要4.2MB的内存来进行模型 的计算。接着在命令窗口中输入材料属性赋值命令：prop bulk = 1e8 shear = 0.3e8 fric = 35 prop coh = 1e10 tens = 1e10以上的命令定义了材料的体积模

22、量（PA）、剪切模量、内摩擦角、粘聚力和抗拉强度。用户会发现粘聚力和抗拉强度值取得很大，这样取值的目的是为了 模拟得到模型在自重作用下的初始应力状态*。取值很大是防止了模型在初始加 载分析时就达到塑性极限。一旦你拥有了很多的模拟经验，你就会知道这样做的 原因是很明显的。在该样例中，土体仅受自重，在命令行中输入如下命令来加载重力：set grav 0, 0, -9.81（重力加速度,单位：m/s2） ini dens = 1000（密度，单位：Kg/m3） 命令行中：SET命令设置了重力加速度，INI定义了初始网格的质量密度（只有考虑重力的情况下才需要定义密度，在静力问题中，如果我们忽略重力，那

23、么 就无需定义密度，这点与FLAC不同）。接着我们用如下命令来定义模型的边界条 件：fix x range x -0.1 0.1*：有许多方法都可以模拟达到模型的初始平衡状态，比如可以先给模型赋 予弹性本构模型来计算初始应力状态，再重新定义为摩尔库伦模型来分析计算 模型的开挖、加载及各种条件的改变过程；还可以直接赋予摩尔库伦模型，然 后采用solve elastic命令来分阶段求解。fix x range x 5.9 6.1 fix y range y -0.1 0.1 fix y range y 7.9 8.1 fix z range z -0.1 0.1以上的命令固定了模型的五个面（连杆支

24、承），边界一旦被“FIX”（固定）后，在被固定的方向就不会发生位移和产生速度。FIX命令在例题中起到了如下作用：1、固定了边界面X=0,X=6上的所有节点X方向的位移，因为这两个边界面分 别在range关键词所指的范围内；（命令的前两行）2、固定了边界面Y=0,Y=8上的所有节点Y方向的位移；（第三、第四行的命 令）3、命令的最后一行固定了底部边界面（Z=0）Z方向的位移。 如果我们想在迭代计算过程中记录一些有用的变量或参数的变化，从而来判断分析是否已经达到平衡状态或者模型已经发生垮塌，就需要使用到HISTORY（HIST）命令。 在本算例中，我们接着在命令窗口输入如下命令：hist n= 5

25、 hist unbalhist gp zdisp 4,4,8命令的第一行：指定了参数记录的步频：N(Nstep)=5指定了每迭代计算5次 记录一次相关的值（如果不指定，则系统默认值为10）。命令的第二行指定记录 最大不平衡力（the maximum unbalanced force）命令的第三行指定记录坐标值为（4，4，8）的节点Z方向的位移。在计算时记录最大不平衡力是一个很好的习 惯，如果最大不平衡力接近一个很小的值，并且位移记录值不再发生变化，那就 表明计算已经到达了平衡状态。现在已经准备好了求解模型初始状态的必要条件。由于FLAC3D计算的结果 为显式的动态解，我们通过设定计算所需的时间

26、步来控制计算的进程，模型的动 能会慢慢衰减为零，这样就得到了我们所要的静态解。为了使单元体获得重力场， 我们需要设定计算的时间步来求解模型在自重的作用下初始平衡状态。软件中SOLVE命令就是按一定精度自动求解平衡状态的命令。了解了这些知识，我们接着回到例题中来，在命令窗口中输入如下命令：set mech force=50 solve这样，软件便开始了问题的求解，在求解过程中，会在程序窗口中显示计算的时间步数以及对应的最大不平衡力的值，当最大不平衡力小于所设定的上限值（本例题中我们用SET命令设定了最大不平衡力的上限值为50N,即：计算的最大 不平衡力一旦小于此值，我们便人为模型达到了平衡状态。

27、）求解过程终止*。因 为我们之前没有关闭绘图窗口，你会发现显示在窗口中图像不断的被更新。如果 我们先关闭了绘图窗口，那么求解所需的时间会更短。在我们的模型中，计算停止在351步*，对于一般主频为1GHZ的奔腾电脑， 完成这样的计算仅需要短短的几秒钟时间。我们可以通过查看最大不平衡力以及所记录节点Z方向的位移采样图来分 析，模型是否达到了平衡状态。在命令窗口中输入：plot hist 1输入完命令后便可以在窗口中显示HIST 1(最大不平衡力)的采样记录图。按回车键，再输入如下命令：hist 2 可以查看所记录节点Z方向的位移采样图了。 最大不平衡力采样图（图2.3）中显示最大不平衡力接近于零，

28、位移图（图2.4）中可以看出位移已经趋于一个固定值。这两个采样结果均表明系统已经达到了平衡状态。 上面两个采样图都是在FLAC3D默认视图窗口（BASE/0）中显示的。任何图形如果没有定义新的视图窗口，都会直接在默认视图中加以显示，这并不会对已建立的自定义视图窗口产生影响。默认视图窗口就像一个“抓拍”器，能立即*：计算精度的有关内容将在2.7.4节中详细讨论。*：由于用户处理器的不同，实际计算步数和给出的计算步数会有微小差别。让你观察到你所需要的视图。图2.3 最大不平衡力记录图图2.4 节点（4，4，8）z方向位移记录图注意：输入的采样记录，系统按输入顺序从“1”开始一直往下编号，这就是为什

29、么输入hist 1命令显示的是最大不平衡力的采样记录图，输入hist 2命令可 显示Z方向的位图采样图的原因了。当采样参数较多，自己又不记得输入的顺序 时，可以在“FLAC3D”提示符状态下输入：print hist命令来显示所有采样参数 对应的编号（称为id号）。接着我们通过下面几行PLOT命令来建立一个比较复杂的新视图，以检查重 力场是否已经施加到模型中：plot create GravVplot set plane dip=90 dd=0 origin=3,4,0 plot set rot 15 0 20plot set center 2.5 4.2 4.0 plot add bound

30、 behind plot add bcont szz plane plot add axesplot show注意以上命令均在“FLAC3D” 提示符状态下输入，如果先输入plot命令， 进入“plot”相关的提示符状态，那么命令中所有的plot均可删除。执行以上命 令后，便会出现一个名叫GravV的视窗，并且系统指定它为当前显示窗口。我们 在命令中已经定义了当前视图的剖面：倾角为90度（dip=90），倾向为0度（dd=0）， 通过点（3，4，0）。在命令中我们还定了视角（plot set rot 15 0 20 ；plot set center2.5 4.2 4.0）并且使用bound（b

31、oundary）命令来增加边界线框，线框只在平面的 后面显示（由关键字behind定义，注可简写为BE）。plot add bcont szz plane命令 的作用是在当前平面中绘出垂直应力分布图，图形如图2.5所示。图2.5 初始平衡状态z向应力剖面图现在，最好保存以上得出的初始状态，便于在将来任何时候返回到该状态， 重新设定相关参数来做相应的研究。按回车键返回到“FLAC3D”提示符状态， 输入下面的命令：save trench.sav 这样一个名叫trench的SAV类型文件就在当前文件夹下生成了。 到此，我们在模型中已经新建了两个视图窗口。我们可以用plot print命令来列出所有的视图名称，当前视图前会有“=”这样的标志以示区别。也可以用plot print view命令来显示当前视窗的详细信息。在以上命令后加上视窗名或者其 对应的id号，就可以显示相应视窗的详细信息，包括：所有的视图设置；记录了 哪些参数。如果想从GravV视图返回到早先创建的Trench视窗，那么输入如下命令：plot current Trench。实现以上目的还有另一种方法，输入：plot show Trench。只要你 知道你想设置为当前视图的视图名，你就可以通过以上两种方法实现。当然也可 以采用菜单操作：当