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基于ANSYS的复杂地质建模前处理方法及应用
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作者: 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Visual FortraAD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。

FLAC3D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1 ANSYS 与FLAC3D单元数据关系对照


ANSYS-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FLAC3D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Write Node File,;同样,执行Write Element File,。或者直接利用APDL,即ANSYS参数化设计语言,编写命令文件,然后从Read Input From读入运行,