16.1           与 FLAC 的集成^3D

16.1.1    简介

此工具旨在为 CivilFEM 用户提供功能，前提是用户还拥有 FLAC 程序^3D（Fast Lagrangian Analysis of Continue in three Dimensions），用于实现两个程序之间互联的工具。

该连接主要在前处理中实现， 通过将 CivilFEM 模型导出到 FLAC^3D（命令 ~CFFL3D），以及在后处理中将 FLAC 计算得到的结构单元内力导入 CivilFEM（命令 ~FL3DRES）。下图显示了集成的总体示意图：

 

 

16.1.2    前处理：模型导出

在此阶段，将 CivilFEM 创建的模型导出到 FLAC^3D。此操作通过使用命令 ~CFFL3D，负责导出所选的有效单元及其属性。

在导出过程中，将在工作目录中创建以下文件：

CFTOFL3D.DAT     包含在 FLAC 中恢复数据库所需命令的 FISH 文件 ^3D。可直接从该程序调用此文件以加载模型。

CFTOFL3D.ERR    ASCII 文件，其中包含可能发生的问题，并分为 WARNINGS y ERRORS，这些问题发生在导出过程中。

FL3DRES.DAT       用于 FLAC 后处理阶段的 FISH 文件^3D，其中包含获取结构单元内力的例程。

16.1.2.1                     网格生成 土体

CivilFEM 创建的由节点和单元组成的模型在 FLAC 中转换为^3D 由以下内容组成的有限差分网格GRIDPOINTS y ZONES.

在 ANSYS 中用于模拟并导出到 FLAC 的土体单元必须为 SOLID45，该单元可采用其任意退化形式。

如果土体单元的关联材料已通过 CivilFEM 定义为土或岩石，并指定了本构模型及其相应属性，则这些属性也将导出到 FLAC 模型中。反之，如果材料未通过 CivilFEM 定义，则仅导出相应区域的几何形状，因此必须随后在 FLAC 中输入这些属性。

可以通过将每个原始单元各方向所需划分数作为命令参数输入，在 FLAC 中细化网格。每个导出区域的各方向划分数可以不同，因此必须适当调整原始模型单元的方向，以保持 FLAC 网格的一致性。

导出命令还支持将四面体形状的单元划分为四个六面体。此功能要求在 ANSYS 和 CivilFEM 中模拟的土体单元全部为四面体。支承在这些四面体面上的板单元将划分为六个三角形单元（新六面体每个面两个）。

 

16.1.2.2                     节点和结构单元生成

在 ANSYS 中选定的节点和结构单元将作为 FLAC3D 中的节点和结构单元提取，并保持其编号。

ANSYS 中的有效单元如下：

            LINK8, BEAM4, BEAM44,SHELL43, SHELL63

在 ANSYS 中模拟的板单元若要导出到 FLAC，必须为 3 节点单元。

导出的 FLAC 单元类型在通过 CivilFEM 定义的关联材料属性中确定。材料未通过 CivilFEM 定义的结构单元不会导出到 FLAC3D。

 

16.1.2.3                     土体单元的材料

导出的土体单元在 FLAC 中分组^3D 为称作 MATnnnnn，其中 nnnnn 为在 ANSYS 中分配的材料编号。例如，所有分配材料 12 的单元将归入 MAT00012 块。

如果希望直接在 FLAC 中定义材料，则无需在 CivilFEM 中定义材料；只需为每个单元分配相应的材料指针以进行分组，然后在 FLAC 中完成定义。

如果希望在 CivilFEM 中定义土体材料，则应使用土或岩石类型的材料，指定本构模型类型并定义其相应属性。如果本构类型为弹性，则自动采用所定义土或岩石的相应值确定其属性。如果使用其他本构模型，则须由用户定义这些值。

 

16.1.2.4                     结构单元属性

在 FLAC 中分配给结构单元的属性^3D 取自 CivilFEM 和 ANSYS 中定义的材料属性、截面属性及坐标轴系统。

 

16.1.3    后处理：结果导入

在 FLAC 中求解模型后^3D 可以将结构单元结果发送到 CivilFEM，以便按照规范进行后处理、验算或设计。

将导入结果的结构单元必须是最初通过 CivilFEM 定义的单元（如果直接通过 ANSYS 定义，则无法导入）。当前版本可发送到 ANSYS 的结果仅限于索、梁和板单元的内力。板单元按单元轴导入内力，因此导出模型时必须正确对齐。

该过程包括从 FLAC 提取结构单元结果^3D 到 ASCII 文件中，然后由 CivilFEM 读取。

如上一节所述，从 ANSYS 和 CivilFEM 导出模型时，会创建名为 FL3DRES.DAT 的 FISH 文件，其中包含从 FLAC 导出结构单元结果的例程。只需在 FLAC 中调用该文件，即可自动创建包含结果的 FL3DRES.EXP 文件。

从 FLAC3D 导出数据后，通过使用命令 自动导入结果~FL3DRES.

 

结果将作为新的 ‘Data Set’ 添加到 CivilFEM 结果文件（*.RVC）中。通过重复使用导出命令，可以拥有对应于 FLAC 中不同荷载工况或已求解状态的不同 ‘Data Set’^3D.

同一文件中可以同时存在直接在 ANSYS 和 CivilFEM 中计算的结果，以及从 FLAC 导入的结果

要指向导出的结果，使用命令按照正常流程操作 ~CFSET.

 

16.2           将四面体网格分解为六面体单元

16.2.1    简介

此工具旨在将由 SOLID45 单元构成的网格，全部 退化为四面体的单元转换为六面体网格，将每个四面体分解为四个六面体。

元素 SHELL43 y SHELL63， 如果粘附在四面体的面上，则将分解为 六个三角形单元。

进行分解时，必须考虑 ANSYS 对所用单元族的退化单元采用的节点编号系统，包括 SOLID45、SHELL43 以及 SHELL63，具体如下：

 

四面体：     I, J, K, K, M, M, M, M。

壳：              I, J, K, K。

 

 

16.2.2    创建 节点

创建节点：

IJKM                                      - Centro del tetraedro

IJM, JKM, KIM, IJK              - Centro de cara

IJ, JK, KI, IM, JM, KM          - Centros de arista

采用以下公式：

1. 边节点

 

 

 

2. 面中心节点

 

3. 中心节点

 

 

在所有情况下            A、B、C、D、 Î {I, J, K, L}

16.2.3    创建 SOLID45 单元

获得所有节点后，新单元如下：

ELI = KI, I, IJ, IJK, KIM, IM, IJM, IJKM

ELJ = IJ, J, JK, IJK, IJM, JM, JKM, IJKM

ELK = JK, K KI, IJK, JKM, KM, KIM, IJKM

ELM = KM, M, IM, IKM, JKM, JM, IJM, IJKM

16.2.4    创建 单元 SHELL43 y SHELL63

任意给定一个单元 I、J、K、K，该单元将生成 六个新单元。

I, IJ, IJK, IJK

IJ, J, IJK, IJK

J, JK, IJK, IJK

JK, K, IJK, IJK

K, KI, IJK, IJK

KI, I, IJK, IJK

16.2.5    单元 形状

如果原始网格由正四面体组成，则生成的六面体和壳单元均可顺利满足 ANSYS 对形状的限制（这些限制可能与 FLAC 所要求的限制 不一致^3D，因为二者采用的工作流程不同，至少在涉及地基时是如此）。

然而，对于非常不规则的网格，情况可能并非如此， 因此，最好通过 ANSYS 检查所得单元的形状。