使用Extrusion工具产生非结构化的网格(unstructured Mesh)

1. 引言

这个笔记是《Extrusion工具的使用技巧(FLAC3D仅有)》的继续，使用Extrusion工具产生非结构化的网格。主要讨论了单元网格划分参数对网格生成的影响。

2. 导入dxf文件

如前所述，理论上使用FLAC3D内置的Point-edge工具和Control point工具可以构造出任何形状的二维图形[extrude set select "tunnel"]，不过，从外部导入dxf文件[geometry import "tunnel.dxf" format dxf set "tunnel"]是一种比较快捷的方法。在本例中，从Phase2 [边坡剪切强度折减分析(Shear Strength Reduction Analysis)]中导入一个隧道模型的dxf文件，这个模型外部边界尺寸大约为32m, 隧道尺寸大约为3.5m, 采用3节点三角形单元划分模型，外部边界的单元边长约为1.8m，使用梯度方法划分单元，即隧道周围网格划分密一些，远离隧道边界的区域网格划分稀疏一些。

3. 网格划分

导入dxf文件后，第一件要做的事情是改变默认的单元长度(Set default edge paramaters )。每条边的单元数目最小值为1，最大值为10000；如果设置的单元长度太小，导致一条边的单元数目超过10000，那么使用最大值10000作为该条边的单元数目。根据dxf文件的外部边界长度32m，推算出每个三角形单元的长度大约为1.8m, 近似取每个单元的边长为2m[extrude edge length-default 2], 边界划分如下图所示[extrude edge create auto]。

(1) 由于仅创建非结构化的网格，因此选择Create unstructured meshes only[extrude mesh type unstructured]。(2) Target zone size 该参数指定在块体内所需的单元尺寸(目标尺寸)，默认值为0。目标尺寸是包围四边形或三角形单元在内的圆的半径。当它们远离区块体边界时，单元的尺寸趋向于这个值。目标区域大小可能比在块体边缘指定的默认单元尺寸更小或更大[extrude mesh target-size 0.1]。(3) Max gradation该参数指定非结构化网格器的最大梯度，默认值为0.5。该参数控制单元尺寸的渐变，从块体边界上指定的尺寸到块体内部目标区块尺寸所定义的尺寸。接近0的值会导致区域大小的渐进变化(更平滑)[extrude mesh gradation 0.1]。

(4) Optimization level 该参数指定非结构化网格器的优化级别0≤i≤10, 默认值为5。0使网格器跳过优化步骤, 在这种情况下，网格划分速度最快，但网格质量可能很差。从1开始，优化算法使用多种技术来改善单元的形状质量和尺寸质量。5通常是质量和速度之间的很好的权衡值[extrude mesh optimization 10]。(5) Shape quality weight 这个参数指定非结构化网格器的形状质量 , 0≤f≤1, 默认值为0.7。该参数控制形状优化和尺寸优化之间的权衡。它是形状质量在衡量一个单元整体质量的权重。默认值(0.7)使形状质量稍稍优先于尺寸质量。(6) Weight on quadrilaterals 这个参数为非结构化网格器指定四边形的权重, 0≤f≤1, 默认值是0.75。这个参数不能用于纯四边形的非结构化网格。该参数控制了更高的四边形比例和更多三角形更好网格之间的权衡。

(i) 当f = 0时，不使用四边形；

(ii) 当f = 0.5时，四边形只有在提高网格质量时才被使用(当一个四边形比两个三角形好时);

(iii) 对于0.5 < f < 1，四边形被越来越多地使用，即使这导致网格的整体质量下降;

(iv) 当f = 1时，使用最小数量的三角形来获得一个有效的网格(可能质量很差);

默认值(0.75)使得四边形/三角形比例明显优于网格质量。

4. Extrusion

一旦二维网格生成，便可以转到Extrusion View进行三维扩展[zone generate from-extruder]。隧道Tunnel组会自动设置到Construction Slot[extrude edge group "Tunnel" slot "Construction" range id-list]，使用Shift+L键可以隐藏(Hide)一个组。