FLAC3D 6.0 接触面
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– Cohesion / friction / stiffness-normal / stiffness-shear – Bonded-slip / shear-bond-ratio
• Zone interface ‘name’ node history <keyword>
– Displacement-normal / displacement-shear – Stress-normal / stress-shear
Interfaces概述
• Interfaces可以分析岩土体工程问题中，在一定受力条件下 两个接触的表面上发生的错动、滑移和分离。
– – – – – – 地质介质中的节理、断层或层面 地基与土体之间的接触 矿仓与仓储物的接触面 相互碰撞物体之间的接触面 空间中的障碍边界（即固定的不变形的边界）条件 连接不连续子网格（禁止滑移或者张开）
Interfaces建模命令
• Zone interface ‘name’ create <keyword> range
– – – – By-face By-face separate Element Node
• Zone interface ‘name’ node property <keyword> range
•
kn=ks=10*
Interfaces角点问题
• • • 注意接触面“尖角” 代表面积是实际接触面积的 两倍 若仅如图所示的底面相接触 ，则接触面只需要建立在此 面上 若两个面都有接触，则需建 立两个不同id号的接触面
•
Interfaces角点问题
• • • 内部角点 接触面单元应放置在B侧 另外在两侧需建立两个id的 接触面
Interfaces创建原则
• 小表面与大表面接触时，接触面应建立在小表面上。 • 如果两相邻的网格有不同的密度，接触面应建立在密度大 的区域上（包含更多单元的区域）。 • 接触面单元的尺寸必须等于或小于相连的目标面的尺寸， 否则接触面单元必须重新细分成小单元。 • 接触面单元必须放置在会与其他网格面接触的目标面上 • 使用 Attach 命令连接的两个网格面不再建立接触面。
• Interfaces具有库伦滑移特性，可以用摩擦角、粘结力、剪 胀角、法向和切向刚度、张拉和抗剪强度来表征。 • 在FLAC3D中Interfaces数量不宜过多。
Interfaces理论
• FLAC 和 FLAC3D中的接触面采用的是 无厚度接触面单元，接触面本构模型采 用的是库仑剪切模型。 FLAC3D中接触面单元由一系列三节点 的三角形单元构成，接触面单元将三角 形面积分配到各个节点中，每个接触面 节点都有一个相关的表示面积。每个四 边形区域面用两个三角形接触面单元来 定义，然后在每个接触面单元顶点上自 动生成节点，当另外一个网格面与接触 面单元相连时，接触面节点就会产生。
ITASCA系列软件培训
FLAC3D 6.0 培训教程
Interfaces
• • • • • • • 概述 Interfaces基本理论 Interfaces本构模型 Interfaces创建原则 Interfaces建模命令 Interfaces参数选择 Interfaces角点问题
• •
•
•
Interfaces本构模型
• 弹性阶段：
Interfaces本构模型
• • 非弹性阶段：
• – 胶结接触面：若接触面应力小于胶结强度（抗剪和抗拉），接 触 面单元仍处于弹性阶段。zone interface node property shearbond- ratio 定义抗剪胶结强度为抗拉胶结强度的sbr倍，默认为 100倍。 一旦应力超过胶结强度，胶结键破坏。 • – 胶结滑移：完整接触（intact bond）默认是不允许屈服发生的（ 滑 移和分离）。Zone interface node property bonded-slip on 设置仅 不 允许分离但是可以发生剪切屈服。 • – 库伦滑移：完整接触（intact bond）或者破坏接触（broken bond） • 。Zone interface node list 来查看胶结状态。如果胶结键破坏，接触 面单元的特性由摩擦角和粘聚力来决定。默认情况下抗拉强度为0 • 。如果接触面上拉应力超过其抗拉强度，接触面就会破坏，切向 力和法向力就会为零。
•
• 接触力仅在节点上传递。节点应力假定 在节点的代表区域上统一分布。每个节 点可以有自己不同的参数。
Interfaces理论
• FLAC3D中接触面是单面的。可以把接触面看作“收缩带”，在指定 面上拉伸，从而导致接触面和与之可能相连的其它任何面的相互刺入 变得敏感。 接触面单元可以通过接触面结点和实体单元表面（目标面）之间来建 立联系，接触面法向方向所受到的力由目标面方位所决定。 在每个时间步计算中，首先得到接触面节点和目标面之间的绝对法向 刺入量和相对剪切速度，再利用接触面本构模型来计算法向力和切向 力的大小。 Interfaces采用线性库伦剪切准则，来限制接触面节点上的剪切力。一 旦抗剪强度极限达到，法向和切向刚度、抗拉和抗剪强度、剪胀角的 设置可以增加目标面上的有效法向力。 若要考虑孔隙水压力的影响，需激活zone interface effective on来进行 有效应力计算。Zone interface permeability设置接触面是否为透水面。
Interfaces参数选择
根据接触面的使用方式：
• • 虚拟接触面，人为设定来连接两个子 网格（根据手册建议设置大刚度） 真实“硬”接触面，相对于周围材料 接触面是刚性的，在荷载作用下可以 滑移和分离，如模拟容器内摩擦材料 的流动。此时接触面刚度不重要，摩 擦角、粘结力或胶结强度很重要。 真实“软”接触面，会影响模型变形 特性，如含软弱夹层的节理或包含严 重破碎材料的堤坝。需根据现场或实 验室提供的数据来进行模拟。
• Zone interface ‘name’ node history <keyword>
– Displacement-normal / displacement-shear – Stress-normal / stress-shear
Interfaces概述
• Interfaces可以分析岩土体工程问题中，在一定受力条件下 两个接触的表面上发生的错动、滑移和分离。
– – – – – – 地质介质中的节理、断层或层面 地基与土体之间的接触 矿仓与仓储物的接触面 相互碰撞物体之间的接触面 空间中的障碍边界（即固定的不变形的边界）条件 连接不连续子网格（禁止滑移或者张开）
Interfaces建模命令
• Zone interface ‘name’ create <keyword> range
– – – – By-face By-face separate Element Node
• Zone interface ‘name’ node property <keyword> range
•
kn=ks=10*
Interfaces角点问题
• • • 注意接触面“尖角” 代表面积是实际接触面积的 两倍 若仅如图所示的底面相接触 ，则接触面只需要建立在此 面上 若两个面都有接触，则需建 立两个不同id号的接触面
•
Interfaces角点问题
• • • 内部角点 接触面单元应放置在B侧 另外在两侧需建立两个id的 接触面
Interfaces创建原则
• 小表面与大表面接触时，接触面应建立在小表面上。 • 如果两相邻的网格有不同的密度，接触面应建立在密度大 的区域上（包含更多单元的区域）。 • 接触面单元的尺寸必须等于或小于相连的目标面的尺寸， 否则接触面单元必须重新细分成小单元。 • 接触面单元必须放置在会与其他网格面接触的目标面上 • 使用 Attach 命令连接的两个网格面不再建立接触面。
• Interfaces具有库伦滑移特性，可以用摩擦角、粘结力、剪 胀角、法向和切向刚度、张拉和抗剪强度来表征。 • 在FLAC3D中Interfaces数量不宜过多。
Interfaces理论
• FLAC 和 FLAC3D中的接触面采用的是 无厚度接触面单元，接触面本构模型采 用的是库仑剪切模型。 FLAC3D中接触面单元由一系列三节点 的三角形单元构成，接触面单元将三角 形面积分配到各个节点中，每个接触面 节点都有一个相关的表示面积。每个四 边形区域面用两个三角形接触面单元来 定义，然后在每个接触面单元顶点上自 动生成节点，当另外一个网格面与接触 面单元相连时，接触面节点就会产生。
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• • • • • • • 概述 Interfaces基本理论 Interfaces本构模型 Interfaces创建原则 Interfaces建模命令 Interfaces参数选择 Interfaces角点问题
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Interfaces本构模型
• 弹性阶段：
Interfaces本构模型
• • 非弹性阶段：
• – 胶结接触面：若接触面应力小于胶结强度（抗剪和抗拉），接 触 面单元仍处于弹性阶段。zone interface node property shearbond- ratio 定义抗剪胶结强度为抗拉胶结强度的sbr倍，默认为 100倍。 一旦应力超过胶结强度，胶结键破坏。 • – 胶结滑移：完整接触（intact bond）默认是不允许屈服发生的（ 滑 移和分离）。Zone interface node property bonded-slip on 设置仅 不 允许分离但是可以发生剪切屈服。 • – 库伦滑移：完整接触（intact bond）或者破坏接触（broken bond） • 。Zone interface node list 来查看胶结状态。如果胶结键破坏，接触 面单元的特性由摩擦角和粘聚力来决定。默认情况下抗拉强度为0 • 。如果接触面上拉应力超过其抗拉强度，接触面就会破坏，切向 力和法向力就会为零。
•
• 接触力仅在节点上传递。节点应力假定 在节点的代表区域上统一分布。每个节 点可以有自己不同的参数。
Interfaces理论
• FLAC3D中接触面是单面的。可以把接触面看作“收缩带”，在指定 面上拉伸，从而导致接触面和与之可能相连的其它任何面的相互刺入 变得敏感。 接触面单元可以通过接触面结点和实体单元表面（目标面）之间来建 立联系，接触面法向方向所受到的力由目标面方位所决定。 在每个时间步计算中，首先得到接触面节点和目标面之间的绝对法向 刺入量和相对剪切速度，再利用接触面本构模型来计算法向力和切向 力的大小。 Interfaces采用线性库伦剪切准则，来限制接触面节点上的剪切力。一 旦抗剪强度极限达到，法向和切向刚度、抗拉和抗剪强度、剪胀角的 设置可以增加目标面上的有效法向力。 若要考虑孔隙水压力的影响，需激活zone interface effective on来进行 有效应力计算。Zone interface permeability设置接触面是否为透水面。
Interfaces参数选择
根据接触面的使用方式：
• • 虚拟接触面，人为设定来连接两个子 网格（根据手册建议设置大刚度） 真实“硬”接触面，相对于周围材料 接触面是刚性的，在荷载作用下可以 滑移和分离，如模拟容器内摩擦材料 的流动。此时接触面刚度不重要，摩 擦角、粘结力或胶结强度很重要。 真实“软”接触面，会影响模型变形 特性，如含软弱夹层的节理或包含严 重破碎材料的堤坝。需根据现场或实 验室提供的数据来进行模拟。