model configure命令解析

22天前浏览2042

摘要

Itasca软件的model configure命令用于配置模型以适应不同计算需求，包括蠕变、动态、惯性质量等模式。文章列举了14个关键字，如array f解决内存问题、axisymmetry用于轴对称分析、creep用于蠕变分析等，每个关键字都有其特定的用途。这些关键字需在模型solve或cycle前设置，以优化模型性能并满足特定分析需求，如PM4Silt模型需配置dynamic、fluid和plugins三个模块。

正文

1. 引言

model configure命令用来配置附加的计算模式，此命令允许用户指定模型正在使用需要额外资源或受当前许可证限制的计算模式，前者是程序基本模块内置的动态链接库，而后者是需要单独购买的模块，包括Creep, Dynamic和Imass，Thermal模块以前也是独立购买的，现在好像已经内置到程序内啦 (没专门测试，不确定)。

model configure 命令可以在分析的任何阶段给出，但必须在调用计算命令 model solve 或 modelcycle 之前给出。一些关键字可以在配置菜单中预先设置(Tools > Options >Configuration)，另一些关键字则必须在命令行中给出。

2. 关键字

model configure命令目前共配有14个关键字，分别应用于不同的程序和场景。下面简要概述每个关键字的用途。

(1) array f

array关键字指定程序要使用的内存量 (以MB为单位)，默认值f=1999，即1.9G。一般情况下不需要设置，使用默认值即可，如果运行非常大的模型，出现错误信息"Out of Memory"，可以考虑增加内存值。Itasca软件在运行过程中不能动态地分配内存，必须在运行之前手动分配内存。需要注意的是，内存的调节只能在模型运行开始之前调整，一旦运行开始后，不能再调整这个数值。

(2) axisymmetry

axisymmetry关键字仅用于 FLAC2D 的轴对称分析，不确定PFC2D能不能使用这个关键字。

(3) cfd

cfd关键字仅适用于PFC的 CFD 分析，不能用于其它软件。

Modeling Flow in Porous Media with Darcy's Law
One-way Fluid Coupling

(4) creep

creep关键字用于岩石的蠕变分析。需要注意的是，当使用这个关键字时时，程序会自动切换成联合阻尼【静态问题平衡解的阻尼选择(Mechanical Damping)】。

(5) dynamic

dynamic关键字用来进行全动态分析，理论上可以进行任何种类的动态分析，但在岩土工程中主要使用这个模块进行液化模拟【液化模拟(Liquefaction Modeling)；液化分析数值模型(Numerical Models for Liquefaction Analysis)】。

(6) energy

energy关键字的用途是能量跟踪(energy tracking)，主要应用于3DEC。

(7) feblock

feblock是专为3DEC使用的有限元，用于模拟一些承受显著弯曲性能的结构，如混凝土拱坝结构，由于feblock可以处理20个节点或28个节点的六面体单元，因此可以非常准确地计算出塑性变形【拱坝静态和动态的离散元模拟(Arch dam)】。

Structural Finite Elements
Finite Element Dam
Calculation of Natural Frequencies and Modes of Vibration

(8) fluid-flow

fluid-flow关键字用于流体流动分析。将模型配置为 "fluid"，意味着模型将模拟流体流动，从而可以进行完全耦合的水-力相互作用计算，例如使用两相流进行非饱和渗流耦合来模拟降雨强度对边坡稳定的影响，其机理为孔隙压力的变化引起体积应变，从而影响应力；反过来，产生的应变会影响孔隙压力。

在实际应用中，为了考虑地下水在岩土体中的流动，从而产生浸润线和孔隙压力分布，必须首先配置流体模型，关闭力学计算，让程序在流体模式下运行。默认情况下，当打开流体模型后，假定初始饱和度是1，既全饱和。然后随着计算的进行，单元会变得不饱和。【考虑渗流的有效应力分析】

model configure fluid onmodel mechanical off

(9) (10) highorder和hotetra

这两个关键字可以通用，其作用是在模型中包含高阶四面体。标准的3DEC单元是4节点的四面体，假设为线性位移插值函数。高阶四面体(Higher-Order Tetrahedra)单元比标准的四面体单元更精确，因为在单元内有额外的网格点节点。高阶四面体单元有10个节点，基于二次位移插值函数。为此，在每个单元边的中点都会创建新的节点。

为了产生高阶四面体单元，必须首先使用配置命令model configure hotetra，然后使用普通的单元划分命令划分单元，最后使用命令 block zone generate higher-order-tetra将标准单元网格转换成高阶四面体的网格。例如：

model config hotetrablock create tet 0,0,0 1,0,0 0.7,0.7,0 0.5,0.35,0.7block zone generate edgelength 1block zone generate high-order-tetra

高阶四面体单元类似于20节点的brick单元。对于10节点的四面体，有4个高斯点用于计算应变和应力, 不需要计算刚度矩阵，通过数值积分从高斯点的应力得到节点力，每个高斯点在每个时步都应用该单元所采用的本构模型，以获得新的应力。高阶四面体单元可以在较粗的网格中计算更近似的应力，为块体的塑性问题提供了更精确的解答。因此，高阶元特别适用于求解块体内部的应力分布以及块体出现显著屈服的情况，例如地基的承载力计算。而对于一般的块状系统，块体之间的接触行为占主导地位，不太适合使用高节元。

Cylindrical Hole in an Infinite Elastic Medium
Cylindrical Hole in an Infinite Mohr-Coulomb Medium
Rough Square Footing on a Cohesive Frictionless Material
Zone Types

(11) imass

imass关键字用于模拟岩体的应变软化过程。Mohr-Coulomb模型有两个缺点：第一个缺点是不能显示应力峰值后的残余应力，第二个缺点是不能直接计算塑性应变，而采矿岩石力学需要考虑岩石破坏后的材料响应行为，典型的场景是矿柱屈服、边坡渐进式位移、自然崩落以及充填采矿，在这些场景中，当岩体加载到其峰值强度后，随着应变的增加，强度在峰值后降低到一定水平的残余应力，这个过程称之为应变-软化(Strain-Softening)。《计算岩土力学》公众号有大量的文章讨论了Imass模型的用法。

(12) matrixflow

matrixflow关键字用于模拟岩土体内的基质流。除了模拟流体在节理中的流动外，程序也可以模拟流体在节理之间流向周围的材料(即泄漏)，周围的材料代表一个饱和的、可渗透的固体，如土或断裂的岩块(即基质)。与节理流动一样，基质流动模拟可以与通常的力学计算耦合或不耦合，根据指定的材料属性和流体边界条件（压力或排放）来计算流体流动。