FLAC3D三维模型的建立---Extrusion工具

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1. 引言

FLAC3D内置了许多建模平台，比如以前讲过的Building Blocks，参看《FLAC3D与Python的集成 (3)---网格划分Building Blocks》。除此之外，FLAC3D还提供了一个Extrusion功能。Extrusion字面上的意思是通过模具把材料塑造成一定形状。在FLAC3D特定的语义环境中，它的意思是把一个二维模型通过拉伸变成一个三维模型。Extrusion很多年前就已经在FLAC2D中使用，后来引入到FLAC3D和3DEC中。下面简要描述FLAC3D中的Extrusion功能。

2. Extrusion的工作机理

Extrusion的工作机理很简单，首先产生一个二维的平面模型，然后通过Extrusion工具拉伸成一个三维模型。接下来的问题是如何产生一个二维模型。第一种方法是直接在FLAC3D的环境中画一个二维模型，FLAC3D提供了Point-edge Tool工具可以画直线和圆弧，但是以我自身的经验来讲，并不推荐这样做，因为这个工具本质上来说不是一个真正的作图工具，作图时没有“正交”功能，也就是说画出的线段几乎不可能是水平的或垂直的。不过FLAC3D提供了外部文件输入功能，可以输入各种各样的背景图形，如下图所示，包括png图形文件，Autocad的dxf文件，FLAC2D的geom文件以及Solidworks的stl文件。对于一般工程计算来说，输入dxf文件是最好的选择，因为dxf文件已经包含了真实的坐标位置。一些第三方的岩土工程软件也提供了dxf文件的输出，比如Rocscience的SLIDE就可以输出dxf文件，经测试非常好用。FLAC3D对dxf格式提供snap功能，能够帮助用户捕捉到确切的点的位置。在用Point-edge Tool工具勾勒出模型的几何形状后便可以把背景文件删除。

3. Extrusion生成三维模型

为了演示起见，在本例中我们没有从外部输入背景文件，而是直接画一个简单的边坡模型。在缺省状态下，Extrusion功能没有激活，点击Panes->Extrusion激活。

激活后便会出现Extrusion的工具栏，所有的操作都包括在这个工具栏内。

首先需要产生一个新的Set，命名为excavation

接着画一个边坡的外形，然后通过Blocking Tool生成一个简单的网格。

Blocking Tool可以设置许多参数，用于产生各种各样的网格，包括非结构化的网格。

然后通过Autozone...工具细化网格，产生出来的网格如下图所示。

接着便可以使用Extrusion view工具拉伸产生出三维模型。

在画二维图形时，尽量按照几何相似的原则划分成多个区域，使得产生的网格不出现奇异形状。

利用Extrusion工具可以产生出相对复杂的模型，例如下图所示的是一个在隧道侧面深开挖的模型，模型中包括了隧道开挖，trench开挖，trench支护以及不同类型的地层。这样一个复杂模型可以在10分钟之内完成。

当我们进行可视化操作时，Extrusion背后是一系列命令行的产生，每执行一个动作便产生一个相应的命令行。Extrusion中典型的命令行如下所示，包括建立一个set,点和边的生成以及块体划分和网格的自动生成：

extrude set select "excavation"extrude point create (0,0) tolerance-merge 0extrude edge create 4 1 type simpleextrude point create (50,25) tolerance-merge extrude edge create 6 5 type simpleextrude edge id 8 control-point add (55.06293,35)extrude point id 10 move-to (53, 27.963546)extrude edge id 17 split (35.98697,0) extrude point transform translateextrude block create automatic rangeextrude set automatic-zone direction construction size 50extrude point group "Tunnel" slot "Construction" rangeextrude segment index 1 length 75extrude segment add position 12.4615extrude segment index 1 group "First" slot "Extrusion"