基于ansys复杂地质建模前处理方法和应用

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1、基于ANSYS复杂地质建模前处理方法和应用　　摘要：基于FLAC3D对复杂地质体数值建模的困难，本文在ANSYS有限元程序对地质体建模和网格划分的基础上，采用VisualFortran语言编写了ANSYS-FLAC3D3.0数据转入接口程序。并利用了FLAC3D3.0中ImportGrid的新功能，大大提高了FLAC3D数值建模的效率，减少了模型转换所需的时间。关键词：FLAC3D；复杂地质体；前处理方法；接口程序中图分类号：F470.1文献标识码：A文章编号：1引言有限元分析技术已经发展成为CAE的核心，而作为有限元仿真分析基础的有限元

2、分析前处理技术，有限元网格划分技术和有限元建模技术越来越受到分析人员的重视。据统计，有限元前处理占CAE分析流程80%的时间，而且计算分析结果的准确性依赖于网格的质量，因此高性能的前处理软件可以大大缩短CAE分析流程的时间及成本。FLAC3D软件业已成为我国岩土力学与工程界发展最快、最具影响的数值分析软件[1]。然而FLAC3D软件在模型建立以及单元网格剖分等前处理问题上却存在种种不足，造成其建立复杂模型的不便性：6（1）FLAC3D软件前处理没有可视化界面，不像ANSYS[2]或HYPERMESH[3]等有限元软件，具有比较强大的前处理

3、功能。（2）建立大型复杂的工程模型，特别是复杂地质体时，FLAC3D需要用FISH语言编写，甚至难于实现。（3）建模工作量大，花费时间长，直接造成三维数值建模耗时长、效率低。为解决FLAC3D软件对于复杂地质体数值建模的不足，本文基于FLAC3D3.0版本新增加的功能，采用ANSYS建模与网格划分功能，经过数据转换，通过ImportGrid命令实现FLAC3D模型的自动生成。模型转换速度提高了数十倍，大大节省了工程数值建模的时间，为FLAC3D中模型的快速建立及模型的质量检验提供了有效途径，也为后续的计算工作提供了保证。2FLAC3D复杂

4、地质建模的方法2.1ANSYS软件平台ANSYS作为以有限元分析为基础的大型通用CAE软件，是建立复杂计算模型有效而又方便快捷的平台。6ANSYS提供CAD导入/导出接口，方便地实现了CAD之间模型的转换工作，避免了重复建模工作。ANSYS除了可以利用CAD接口功能导入/导出实体模型外，在建立复杂模型时还可以自底向上的实体建模。首先定义各顶点的关键点，然后根据关键点定义线、面或体，由线定义面或体，以及由面定义体，从低级别往高级别一步一步创建任意的不规则实体模型。ANSYS允许用户通过布尔运算对实体模型进行修改。模型的布尔运算就是对原有模型

5、的数据进行逻辑运算（并、减、交）处理，得到新的模型。强大的布尔运算工具可以实现实体之间加、减、分类、搭接、粘接和分割等复杂运算，大大提高了建立复杂地质体三维模型的效率。利用布尔运算，用户能够以较简单的实体模型为基础构造生成较复杂的模型。对于实体模型的网格划分，ANSYS提供了功能强大的控制工具，如单元大小和形状的控制、网格的划分类型（如自由网格、映射网格、智能尺寸网格、扫掠网格、自适应网格等）以及网格的清除和细化。ANSYS允许控制关键点、线、面、和体上的单元尺寸或单元数目。对于线上的单元还可以控制单元密度的分布梯度（始末梯度或中点到两端

6、的梯度）。对于面和体可以定义从边界到内部的单元密度扩展系数，自动划分用于计算边界效应明显的网格（流体边界效应）。当网格划分之后，如果有必要允许在指定位置（点、线、面、体、节点或单元）或范围内进行网格细化加密处理，用于准确捕捉应力集中等现象的局部结果。所有这些技术综合运用，极大地方便不同熟悉程度用户不同层次的需要，为准确完成不同分析目的提供离散精度保障。2.2ANSYS和FLAC3D单元数据关系6FLAC3D和ANSYS所采用的单元体形状大都相同，但其单元数据，即每一单元节点编制的规则和节点坐标，却有一定的差别。要将ANSYS所生成的节点坐

7、标和单元信息转为FLAC3D所利用，有必要掌握ANSYS和FLAC3D单元数据之间的关系。在模拟对象的单元处理上，ANAYS和FLAC3D都提供了丰富的单元形状。表1为ANSYS和FLAC3D这2种软件所采用单元节点编制对应关系。由表1可见，由于ANSYS存在单元退化和二次单元等问题，而FLAC3D则只能通过对ANSYS单元退化节点的判断用低节点的单元替换退化的高节点单元。表1ANSYS与FLAC3D单元数据关系对照2.3ANSYS-FLAC3D数据转换根据以上对ANSYS与FLAC3D单元数据关系的分析，将ANSYS建模并转化为FLAC

8、3D模型的主要步骤包括：1.ANSYS模型的建立及数据导出。在ANSYS中建立模型体并剖分好网格。执行WriteNodeFile,将节点信息写入到node.dat文件中；同样，执行WriteE