RFPA2D基本版培训教程_精品文档.ppt

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初级培训教程初级培训教程RFPA2D-Basic基本版基本版11/1/2022大连力软科技有限公司主要内容主要内容RFPA系统概述系统概述RFPA系统的基本原理系统的基本原理RFPA-Basic可研究的问题可研究的问题RFPA-Basic软件平台介绍软件平台介绍工程算例模拟演示工程算例模拟演示11/1/2022大连力软科技有限公司一、一、RFPA系统概述系统概述11/1/2022大连力软科技有限公司RFPA系统概述系统概述RFPA是是RealisticFailureProcessAnalysis的简称。

它是的简称。

它是一种基于有限元应力分析和统计损伤理论的材料破裂过一种基于有限元应力分析和统计损伤理论的材料破裂过程分析数值计算方法，是一个能够模拟材料渐进破裂直程分析数值计算方法，是一个能够模拟材料渐进破裂直至失稳全过程的数值试验工具。

该方法的一个重要特色至失稳全过程的数值试验工具。

该方法的一个重要特色是考虑了材料性质的非均匀性，是一种通过非均匀性模是考虑了材料性质的非均匀性，是一种通过非均匀性模拟非线性、通过连续介质力学方法模拟非连续介质力学拟非线性、通过连续介质力学方法模拟非连续介质力学问题的材料破裂过程分析新型数值分析方法。

问题的材料破裂过程分析新型数值分析方法。

11/1/2022大连力软科技有限公司岩石力学问题，广义的讲包括岩石的破坏问题。

岩石之所岩石力学问题，广义的讲包括岩石的破坏问题。

岩石之所以产生非线性变形，是因为岩石在受载过程中其内部不断以产生非线性变形，是因为岩石在受载过程中其内部不断产生微细破裂的缘故。

这种微细破裂的不断发展便导致最产生微细破裂的缘故。

这种微细破裂的不断发展便导致最终的宏观破裂。

通常的有限元方法尽管可以模拟演示的非终的宏观破裂。

通常的有限元方法尽管可以模拟演示的非线性变形，但只是在宏观上的一种线性变形，但只是在宏观上的一种“形似形似”，而没有模拟，而没有模拟出岩石在变形过程中微破裂过程，因而不能做到出岩石在变形过程中微破裂过程，因而不能做到“神似神似”。

为了解决岩石破裂过程的分析，采用有限元法、有限差分为了解决岩石破裂过程的分析，采用有限元法、有限差分法、边界元法、离散元法等数值模拟方法在全面解决复杂法、边界元法、离散元法等数值模拟方法在全面解决复杂的岩土工程问题，例如岩石材料的非线性问题、岩体中节的岩土工程问题，例如岩石材料的非线性问题、岩体中节理、裂隙等不连续面对分析计算的影响等等方面不同程度理、裂隙等不连续面对分析计算的影响等等方面不同程度的的存在缺陷。

存在缺陷。

1995年软件系统创始人唐春安教授针对这年软件系统创始人唐春安教授针对这些问题提出了基于有限元基本理论，充分考虑岩石破裂过些问题提出了基于有限元基本理论，充分考虑岩石破裂过程中伴随的非线性、非均匀性和各向异性等特点的新的数程中伴随的非线性、非均匀性和各向异性等特点的新的数值模拟方法值模拟方法“RFPA方法方法”，即真实破裂过程分析方法。

，即真实破裂过程分析方法。

RFPA系统概述系统概述11/1/2022大连力软科技有限公司RFPA方法的主要要点方法的主要要点将材料的不均质性参数引入到计算单元，宏观破坏是单元破将材料的不均质性参数引入到计算单元，宏观破坏是单元破坏的积累过程。

坏的积累过程。

认为单元性质是线弹认为单元性质是线弹-脆性或脆脆性或脆-塑性的，单元的弹模和强度塑性的，单元的弹模和强度等其他参数服从某种分布，如正态、韦伯、均匀等。

等其他参数服从某种分布，如正态、韦伯、均匀等。

认为当单元应力达到破坏的准则将发生破坏，并对破坏单元认为当单元应力达到破坏的准则将发生破坏，并对破坏单元进行刚度退化处理，故可以以连续介质力学方法处理物理非进行刚度退化处理，故可以以连续介质力学方法处理物理非线性介质问题。

线性介质问题。

认为岩石的损伤量、声发射同破坏单元数成正比。

认为岩石的损伤量、声发射同破坏单元数成正比。

11/1/2022大连力软科技有限公司二、二、RFPA系统的基本原理系统的基本原理11/1/2022大连力软科技有限公司非均匀介质单元划分标准非均匀介质单元划分标准从提过计算速度的角度讲：

自然是单元取得大些比较合适，从提过计算速度的角度讲：

自然是单元取得大些比较合适，但较大的单元不仅不能反映细观非均匀的力学性质，使模型但较大的单元不仅不能反映细观非均匀的力学性质，使模型不能很好地反映工程实际，而且较大的单元尺寸本身也会给不能很好地反映工程实际，而且较大的单元尺寸本身也会给计算带来较大的误差。

计算带来较大的误差。

从计算精度的角度讲：

在计算机速度允许的情况下，应尽可从计算精度的角度讲：

在计算机速度允许的情况下，应尽可能的将单元划分得小些，这样不仅能够使模型更加真实地反能的将单元划分得小些，这样不仅能够使模型更加真实地反映实际，而且也有利于提高计算的精度。

映实际，而且也有利于提高计算的精度。

11/1/2022大连力软科技有限公司单元大小的划分标准：

根据精度，是否将单元划分的越小越好单元大小的划分标准：

根据精度，是否将单元划分的越小越好呢？

未必！

大家知道，在断裂力学中，为了数学处理的方便，呢？

未必！

大家知道，在断裂力学中，为了数学处理的方便，裂纹的两端被假设为无穷小的尖端。

然而，按照这一假设，裂纹的两端被假设为无穷小的尖端。

然而，按照这一假设，所计算出的裂纹尖端处的拉应力为无穷大。

这意味着什么？

所计算出的裂纹尖端处的拉应力为无穷大。

这意味着什么？

意味着只要给定任意有限值得加载，裂纹便会迅速扩展，这意味着只要给定任意有限值得加载，裂纹便会迅速扩展，这显然是与实际情况不相符的。

造成这一错误结论的原因是，显然是与实际情况不相符的。

造成这一错误结论的原因是，在现实的介质特别是岩石介质中，裂纹尖端实际上是有一定在现实的介质特别是岩石介质中，裂纹尖端实际上是有一定尺度的。

这一尺度是与介质的基本细观性质有关的，我们称尺度的。

这一尺度是与介质的基本细观性质有关的，我们称之为介质的细观特征尺度。

因此，之为介质的细观特征尺度。

因此，单元大小的划分标准为：

单元大小的划分标准为：

只要数值模型中的单元尺寸能够反映或者基本反映这种细观只要数值模型中的单元尺寸能够反映或者基本反映这种细观特征尺度，那么该模型的单元尺寸就是合理或者基本合理的。

特征尺度，那么该模型的单元尺寸就是合理或者基本合理的。

非均匀介质单元划分标准非均匀介质单元划分标准11/1/2022大连力软科技有限公司基元的引入基元的引入细观力学认为；通过细观单元的变形、破坏的个体行为的积细观力学认为；通过细观单元的变形、破坏的个体行为的积累来反映宏观行为的演化，为研究介质变形和破裂的宏观行累来反映宏观行为的演化，为研究介质变形和破裂的宏观行为提供了一种新的途径。

为提供了一种新的途径。

所谓的基元，是构成介质的基本细所谓的基元，是构成介质的基本细观尺度单元，是在物理力学性质方面能够代表介质特征的最观尺度单元，是在物理力学性质方面能够代表介质特征的最小单元。

小单元。

在岩石破裂过程分析在岩石破裂过程分析RPFA系统中，为了能够充分系统中，为了能够充分考虑介质力学性能的非均匀性以及由这种非均匀性引起的变考虑介质力学性能的非均匀性以及由这种非均匀性引起的变形、破裂过程的复杂性，我们引入了三种特性的基元，即基形、破裂过程的复杂性，我们引入了三种特性的基元，即基质基元、空气基元和接触基元。

质基元、空气基元和接触基元。

11/1/2022大连力软科技有限公司基元的三种形态基元的三种形态基质基元；是指基元在模型中的当前功能为实体介质。

它的性基质基元；是指基元在模型中的当前功能为实体介质。

它的性能由岩石的本构关系来描述。

能由岩石的本构关系来描述。

空气基元；是指基元在模型中的当前功能为虚体特性。

当单元空气基元；是指基元在模型中的当前功能为虚体特性。

当单元介质在拉应力条件下发生断裂后，形成断裂面。

就断裂面的物介质在拉应力条件下发生断裂后，形成断裂面。

就断裂面的物理本质而言，也就是应力的传递在此出现不连续或中断。

通常理本质而言，也就是应力的传递在此出现不连续或中断。

通常的数值计算方法解决这一问题的方法是将单元中的节点分开，的数值计算方法解决这一问题的方法是将单元中的节点分开，或者是将单元从模型中去掉。

但是，这样做的结果使得模型的或者是将单元从模型中去掉。

但是，这样做的结果使得模型的数学处理变得极其复杂，而且一般不适合多裂纹、特别是多裂数学处理变得极其复杂，而且一般不适合多裂纹、特别是多裂纹相互交叉的情形。

纹相互交叉的情形。

RFPA系统采用的裂纹处理方法，即空气基系统采用的裂纹处理方法，即空气基元。

当基元介质发生断裂后，我们不是将该单元从模型中去掉，元。

当基元介质发生断裂后，我们不是将该单元从模型中去掉，而是用弹模极低的基元性质取代原有的实体基元的性质，由于而是用弹模极低的基元性质取代原有的实体基元的性质，由于新的基元弹模极低，可以近似的认为实体介质的行为已不存在，新的基元弹模极低，可以近似的认为实体介质的行为已不存在，这样在不改变模型数学结构的前提下，却可以使得模型在总体这样在不改变模型数学结构的前提下，却可以使得模型在总体特性上能够反映出因基元破裂而引起的物理特性的改变。

特性上能够反映出因基元破裂而引起的物理特性的改变。

11/1/2022大连力软科技有限公司接触基元；压、剪破坏后的基元在一定范围内维持残余强度状态。

接触基元；压、剪破坏后的基元在一定范围内维持残余强度状态。

但是，对于现实中的介质来说，破坏后的介质在继续受压应力、特但是，对于现实中的介质来说，破坏后的介质在继续受压应力、特别是各向均受压应力的条件下，将出现所谓的压密或压实现象，其别是各向均受压应力的条件下，将出现所谓的压密或压实现象，其力学表现则是压密后的介质刚度不仅不降低，反而出现上升。

从而力学表现则是压密后的介质刚度不仅不降低，反而出现上升。

从而引入了接触基元。

引入了接触基元。

基元的三种形态基元的三种形态11/1/2022大连力软科技有限公司三种基元在不同条件下的转化三种基元在不同条件下的转化基质基元基质基元空气基元空气基元接触基元接触基元受拉应力破坏受拉应力破坏进行刚度退化处理进行刚度退化处理裂纹两面的介质受压作用产生接触，接触面传递压应力裂纹两面的介质受压作用产生接触，接触面传递压应力激活空气单元，单元刚度增加激活空气单元，单元刚度增加当压应力变为拉应力时，进行刚度退化处理当压应力变为拉应力时，进行刚度退化处理受压应力破坏受压应力破坏进行刚度强化处理进行刚度强化处理11/1/2022大连力软科技有限公司基元的相变基元的相变所谓基元的相变，三种基元在一定条件下，将由一种所谓基元的相变，三种基元在一定条件下，将由一种突然转化为另一种，这种其力学性质全然改观，叫做突然转化为另一种，这种其力学性质全然改观，叫做相变。

其临界条件即为相变点。

相变。

其临界条件即为相变点。

11/1/2022大连力软科技有限公司分离相残余相弹性相残余相接触相基元及其特性基元及其特性分离点相变点2相变点1接触点图中个参数的意义图中个参数的意义:

1类相变阀值类相变阀值1类相变残余阀值类相变残余阀值2类相变阀值类相变阀值2类相变残余阀值类相变残余阀值最大压应变最大压应变极限压应变极限压应变最大拉应变最大拉应变极限拉应变极限拉应变基元相变之前，它代表实际的完好介质，基元相变之前，它代表实际的完好介质，具有线弹性应力具有线弹性应力-应变特性。

应变特性。

基元相变之后的一定范围内，它代表相变基元相变之后的一定范围内，它代表相变后阶段的弱介质，具有残余阀值特性。

后阶段的弱介质，具有残余阀值特性。

如果相变后的基元被高度挤压，则基元犹如果相变后的基元被高度挤压，则基元犹如被压密的介质。

如果相变后的基元受拉，如被压密的介质。

如果相变后的基元受拉，使其拉应变达到一定的值时不再将基元看成使其拉应变达到一定的值时不再将基元看成是它所代表的介质，处理成空气基元。

是它所代表的介质，处理成空气基元。

11/1/2022大连力软科技有限公司RFPA分析过程流程图分析过程流程图开始开始实体建模