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（a）ABAQUS 网格 （b）FLAC3D 网格 图 5-26 ABAQUS 网格与导出的 FLAC3D 网格
5.3 复杂模型的建立
针对 FLAC3D 在复杂计算模型构建方面的不足，很多学者在 FLAC3D 前处理方面进行了有益
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的尝试。胡斌（2002 年）采用 FORTRAN 语言编写了 FLAC3D 的前处理程序，对于地表形态复杂、
岩层和地质结构较单一的地质体实现了快速、便捷的建模。丁秀美（2004 年）采用基本单元模型 和多层组合模型对具有复杂地质结构、复杂施工工况的计算模型的建立进行了探索。徐文杰（2008 年）提出了基于 ADINA 软件平台的三维复杂地质体精细建模技术，开发了 ADINA 到 FLAC3D 的 前处理程序。但以上研究成果只能解决实体单元模型的构建和转换，对于岩土工程中大量涉及的土 工结构单元无法进行处理。
西班牙 INGECIBER, SA 公司在 ANSYS 软件平台的基础上二次开发出土木工程分析软件 CivilFEM。CivilFEM 完全内嵌于 ANSYS，材料库和结构单元截面形状库完全支持中国设计规范，
具备完备的结构荷载组合计算方法，计算结果的校核与完全支持中国设计规范《建筑抗震设计规范
（GB50011－2001）》、《混凝土结构设计规范（GB50010－2002）》和《钢结构设计规范（GB50017
－2003）》，该软件还具有针对土木行业的专业功能模块：通用结构设计、岩土工程分析、桥梁结构 分析、预应力混凝土分析等，该软件岩土工程分析模块可方便地将复杂计算模型导入 FLAC3D 进 行计算。
基于 ANSYS/CivilFEM 单元类型模板，HyperMesh 与 FLAC3D 的转换关系如图 5-27 所示，前 处理接口程序将计算模型划分为结构单元和实体单元两类：结构单元包括 Link8 单元、Beam4 单元 和 Shell63 单元，实体单元为 Solid45 单元。Link8 单元可转换为 FLAC3D 的 Cable 单元，Beam4 单元可转换为 FLAC3D 的 Beam 单元和 Pile 单元，Shell63 单元可转换为 FLAC3D 的 Shell 单元、
Geogrid 单元和 Liner 单元，Soild45 实体单元可转换为 FLAC3D 的 Zone 实体区段。
图 5-27 HyperMesh 与 FLAC3D 转换关系
5.3.1 实体单元的建立
任何通用 CAE 前处理软件，其内部单元生成均具有一定规则。对实体模型，有限元软件称 之为单元与节点，FLAC3D 称之为区段与网格点，因此软件之间的接口处理程序需将节点与单元 分别转换成网格点与区段。而对梁、壳等结构单元，FLAC3D 也采用有限单元，因此转换关系是 一致的。
ANSYS/CivilFEM 所采用的实体单元形状与 FLAC3D 一致，但每个单元节点编号规则存在差 异。这两种软件所采用的实体单元节点编号顺序如表 5-3 所示，因此单元网格节点的转换关系应进 行调整。
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!!HMNAME ET
!! 1 "ET_1"
ET,1,45
!!HMNAME PROP
!! 1 "PROP_1"
R,1, 0.0
!!HMNAME COMP
!! 1-1-1 2 "brick"
TYPE, 1 $ MAT, 1 $ REAL, 1 ESYS, 0
EN, 2, 1, 2, 4, 3, 5, 6, 7, 8 ESYS, 0
EN, 1, 1, 2, 4, 3 CM, brick, ELEM FINISH
/PREP7
~CFMP,1,LIB,SOIL,,CL
~CFFL3D,0,0,0,0 FINISH
!特性参数信息
!分组信息
!由 8 节点生成单元
!单元坐标
! CivilFEM 中赋材料参数
!单元输出至 FLAC3D
图 5-28 HyperMesh 六面体单元
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图 5-29 CivilFEM 中定义材料参数
GENERATE POINT id 1 0.000E+00 0.000E+00 0.000E+00 GENERATE POINT id 2 0.100E+01 0.000E+00 0.000E+00 GENERATE POINT id 3 0.000E+00 0.100E+01 0.000E+00 GENERATE POINT id 4 0.100E+01 0.100E+01 0.000E+00 GENERATE POINT id 5 0.000E+00 0.000E+00 0.100E+01 GENERATE POINT id 6 0.100E+01 0.000E+00 0.100E+01 GENERATE POINT id 7 0.100E+01 0.100E+01 0.100E+01 GENERATE POINT id 8 0.000E+00 0.100E+01 0.100E+01 GENERATE ZONE BRICK p0 point 1 p1 point 3 p2 point 5 &
p3 point 2 p4 point 8 p5 point 6 p6 point 4 p7 point 7 &
size 1 1 1 group MAT00001
MODEL ELASTIC range group MAT00001
PROPERTY BULK0.333E+08 range group MAT00001 PROPERTY SHEAR 0.714E+07 range group MAT00001 INITIAL DENSITY 0.183E+04 range group MAT00001
!生成网格点
!生成 Brick 单元
!本构模型
!本构模型参数
图 5-30 FLAC3D 实体模型
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5.3.2 结构单元的建立
ANSYS/CivilFEM 所采用的结构单元形状与节点顺序均与 FLAC3D 一致，两种软件所采用的 结构单元节点编号顺序如表 5-4 所示。需注意的是 FLAC3D 中壳类结构单元（Shell、Geogrid 和 Liner）均为三角形单元，故 ANSYS/CivilFEM 中建立的四边形单元必须分割为三角形单元。可将
Shell63 单元 Shell、Geogrid、Liner 单元
下面通过一梁壳单元来说明结构单元的转换方法。
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~CFMP,1,FLSEL ,TSEL,,4
~CFMP,1,FLSEL ,SHELL ,ELE ,4
~SHLRNF,1,100.000E-03,1,0,0.000E+00,0.000E+00,0.000E +00,0.000E+00,0.000E+00,0,0.000,45.00
~SHLMDF,1,NAME,,,Shell Vertex 1
~CSECDMS,1,REC,2,0.1,0.1,0 ,0 ,0 ,0 ,0 ,0 ,0 ,0
~SECMDF,1,NAME,,,Beam
~BMSHPRO,1,SHELL,1,1,1,1,63,,,0 ,Shell 1
~BMSHPRO,2,BEAM,1,1,,,4,1,0,,Beam 2
~CFFL3D,0,0,0,0
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图 5-31 HyperMesh 结构单元
图 5-32 CivilFEM 中定义材料参数
图 5-33 壳单元材料定义
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图 5-34 梁单元材料定义
图 5-35 壳单元顶点定义
图 5-36 梁单元截面定义
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图 5-37 赋壳单元实常数
图 5-38 赋梁单元实常数
图 5-39 FLAC3D 结构单元模型
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SEL SHELL PROP THICKNESS 0.100E+00 RANGE id 4 SEL BEAMSEL cid 6 id 6 nodes 2 4
SEL BEAM PROP DENSITY 0.785E+04 RANGE id 6 SEL BEAM PROP EMOD 0.000E+00 RANGE id 6 SEL BEAM PROP NU 0.300E+00 RANGE id 6 SEL BEAM PROP PMOMENT 0.000E+00 RANGE id 6 SEL BEAM PROP THEXP0.100E-04 RANGE id 6 SEL BEAM PROP XCAREA 0.100E-01 RANGE id 6 SEL BEAM PROP XCIY 0.8334E-05 RANGE id 6 SEL BEAM PROP XCIZ 0.833E-05 RANGE id 6 SEL BEAM PROP XCJ 0.140E-04 RANGE id 6
SEL BEAM PROP YDIR 0.000E+00 0.100E+01 0.000E+00 RANGE id 6 SEL NODE INIT XPOS ADD 0.0 sel beam prop emod=210e9 nu=0.3 xcarea=1.0 &
xciy=0.0833 xciz=0.0833 xcj=0.167
sel node fix x y z xr yr zr range x=(-0.1,0.1) y=(-0.1,0.1) z=(-0.1,0.1) sel beam apply zdist 1.0
sel set damp combined pl sel beam moment my axes solve
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set logfile beam_moment.txt set log on
set pagelength 10000 pri table 1
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sel shell id=1 elemtype=dkt_cst range x=(-0.1,0.1) dele
sel shell prop iso=(210e9,0.3) thick=0.1
sel node fix x y z xr yr zr range x=(-0.1,0.1) z=(-0.1,0.1) sel shell apply pres -1.0
sel set damp combined solve
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Chapter
sel rec surf surfx 1 0 1
pl sel rec sres mx surfsys off axes
!应力恢复，!显示弯矩
FLAC3D 显示的壳弯矩结果如图 5-42 所示。FLAC3D 壳单元内力显示方式采用云图显示，下 面通过 FISH 子程序将单元内力提取出来，计算结果与理论值的对比如图 5-43 所示。
set logfile mxx.txt set log on
set pagelength 10000 pri table 9
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图 5-42 壳单元弯矩计算结果
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