1、RFPA2D基本版培訓(xùn)教程基本版培訓(xùn)教程2/4/2022主要內(nèi)容主要內(nèi)容 RFPA系統(tǒng)概述系統(tǒng)概述 RFPA系統(tǒng)的基本原理系統(tǒng)的基本原理 RFPA-Basic可研究的問題可研究的問題 RFPA-Basic軟件平臺介紹軟件平臺介紹 工程算例模擬演示工程算例模擬演示2/4/2022一、一、RFPA系統(tǒng)概述系統(tǒng)概述2/4/2022RFPA系統(tǒng)概述系統(tǒng)概述 RFPA是是Realistic Failure Process Analysis的簡稱。它是的簡稱。它是一種基于有限元應(yīng)力分析和統(tǒng)計(jì)損傷理論的材料破裂過一種基于有限元應(yīng)力分析和統(tǒng)計(jì)損傷理論的材料破裂過程分析數(shù)值計(jì)算方法，是一個能夠模擬材料漸進(jìn)破裂直

2、程分析數(shù)值計(jì)算方法，是一個能夠模擬材料漸進(jìn)破裂直至失穩(wěn)全過程的數(shù)值試驗(yàn)工具。該方法的一個重要特色至失穩(wěn)全過程的數(shù)值試驗(yàn)工具。該方法的一個重要特色是考慮了材料性質(zhì)的非均勻性，是一種通過非均勻性模是考慮了材料性質(zhì)的非均勻性，是一種通過非均勻性模擬非線性、通過連續(xù)介質(zhì)力學(xué)方法模擬非連續(xù)介質(zhì)力學(xué)擬非線性、通過連續(xù)介質(zhì)力學(xué)方法模擬非連續(xù)介質(zhì)力學(xué)問題的材料破裂過程分析新型數(shù)值分析方法。問題的材料破裂過程分析新型數(shù)值分析方法。 2/4/2022 巖石力學(xué)問題，廣義的講包括巖石的破壞問題。巖石之所巖石力學(xué)問題，廣義的講包括巖石的破壞問題。巖石之所以產(chǎn)生非線性變形，是因?yàn)閹r石在受載過程中其內(nèi)部不斷以產(chǎn)生非線性變

3、形，是因?yàn)閹r石在受載過程中其內(nèi)部不斷產(chǎn)生微細(xì)破裂的緣故。這種微細(xì)破裂的不斷發(fā)展便導(dǎo)致最產(chǎn)生微細(xì)破裂的緣故。這種微細(xì)破裂的不斷發(fā)展便導(dǎo)致最終的宏觀破裂。通常的有限元方法盡管可以模擬演示的非終的宏觀破裂。通常的有限元方法盡管可以模擬演示的非線性變形，但只是在宏觀上的一種線性變形，但只是在宏觀上的一種“形似形似”，而沒有模擬，而沒有模擬出巖石在變形過程中微破裂過程，因而不能做到出巖石在變形過程中微破裂過程，因而不能做到“神似神似”。 為了解決巖石破裂過程的分析，采用有限元法、有限差分為了解決巖石破裂過程的分析，采用有限元法、有限差分法、邊界元法、離散元法等數(shù)值模擬方法在全面解決復(fù)雜法、邊界元法、離散

4、元法等數(shù)值模擬方法在全面解決復(fù)雜的巖土工程問題，例如巖石材料的非線性問題、巖體中節(jié)的巖土工程問題，例如巖石材料的非線性問題、巖體中節(jié)理、裂隙等不連續(xù)面對分析計(jì)算的影響等等方面不同程度理、裂隙等不連續(xù)面對分析計(jì)算的影響等等方面不同程度的的存在缺陷。存在缺陷。 1995年軟件系統(tǒng)創(chuàng)始人唐春安教授針對這年軟件系統(tǒng)創(chuàng)始人唐春安教授針對這些問題提出了基于有限元基本理論，充分考慮巖石破裂過些問題提出了基于有限元基本理論，充分考慮巖石破裂過程中伴隨的非線性、非均勻性和各向異性等特點(diǎn)的新的數(shù)程中伴隨的非線性、非均勻性和各向異性等特點(diǎn)的新的數(shù)值模擬方法值模擬方法“RFPA方法方法”，即真實(shí)破裂過程分析方法。，即

5、真實(shí)破裂過程分析方法。RFPA系統(tǒng)概述系統(tǒng)概述2/4/2022RFPA方法的主要要點(diǎn)方法的主要要點(diǎn) 將材料的不均質(zhì)性參數(shù)引入到計(jì)算單元，宏觀破壞是單元破將材料的不均質(zhì)性參數(shù)引入到計(jì)算單元，宏觀破壞是單元破壞的積累過程。壞的積累過程。 認(rèn)為單元性質(zhì)是線彈認(rèn)為單元性質(zhì)是線彈-脆性或脆脆性或脆-塑性的，單元的彈模和強(qiáng)度塑性的，單元的彈模和強(qiáng)度等其他參數(shù)服從某種分布，如正態(tài)、韋伯、均勻等。等其他參數(shù)服從某種分布，如正態(tài)、韋伯、均勻等。 認(rèn)為當(dāng)單元應(yīng)力達(dá)到破壞的準(zhǔn)則將發(fā)生破壞，并對破壞單元認(rèn)為當(dāng)單元應(yīng)力達(dá)到破壞的準(zhǔn)則將發(fā)生破壞，并對破壞單元進(jìn)行剛度退化處理，故可以以連續(xù)介質(zhì)力學(xué)方法處理物理非進(jìn)行剛度退化

6、處理，故可以以連續(xù)介質(zhì)力學(xué)方法處理物理非線性介質(zhì)問題。線性介質(zhì)問題。 認(rèn)為巖石的損傷量、聲發(fā)射同破壞單元數(shù)成正比。認(rèn)為巖石的損傷量、聲發(fā)射同破壞單元數(shù)成正比。2/4/2022二、二、RFPA系統(tǒng)的基本原理系統(tǒng)的基本原理2/4/2022非均勻介質(zhì)單元劃分標(biāo)準(zhǔn)非均勻介質(zhì)單元劃分標(biāo)準(zhǔn) 從提過計(jì)算速度的角度講：自然是單元取得大些比較合適，從提過計(jì)算速度的角度講：自然是單元取得大些比較合適，但較大的單元不僅不能反映細(xì)觀非均勻的力學(xué)性質(zhì)，使模型但較大的單元不僅不能反映細(xì)觀非均勻的力學(xué)性質(zhì)，使模型不能很好地反映工程實(shí)際，而且較大的單元尺寸本身也會給不能很好地反映工程實(shí)際，而且較大的單元尺寸本身也會給計(jì)算帶來

7、較大的誤差。計(jì)算帶來較大的誤差。 從計(jì)算精度的角度講：在計(jì)算機(jī)速度允許的情況下，應(yīng)盡可從計(jì)算精度的角度講：在計(jì)算機(jī)速度允許的情況下，應(yīng)盡可能的將單元劃分得小些，這樣不僅能夠使模型更加真實(shí)地反能的將單元劃分得小些，這樣不僅能夠使模型更加真實(shí)地反映實(shí)際，而且也有利于提高計(jì)算的精度。映實(shí)際，而且也有利于提高計(jì)算的精度。2/4/2022 單元大小的劃分標(biāo)準(zhǔn)：根據(jù)精度，是否將單元劃分的越小越單元大小的劃分標(biāo)準(zhǔn)：根據(jù)精度，是否將單元劃分的越小越好呢？未必！大家知道，在斷裂力學(xué)中，為了數(shù)學(xué)處理的方好呢？未必！大家知道，在斷裂力學(xué)中，為了數(shù)學(xué)處理的方便，裂紋的兩端被假設(shè)為無窮小的尖端。然而，按照這一假便，裂紋

8、的兩端被假設(shè)為無窮小的尖端。然而，按照這一假設(shè)，所計(jì)算出的裂紋尖端處的拉應(yīng)力為無窮大。這意味著什設(shè)，所計(jì)算出的裂紋尖端處的拉應(yīng)力為無窮大。這意味著什么？意味著只要給定任意有限值得加載，裂紋便會迅速擴(kuò)展，么？意味著只要給定任意有限值得加載，裂紋便會迅速擴(kuò)展，這顯然是與實(shí)際情況不相符的。造成這一錯誤結(jié)論的原因是，這顯然是與實(shí)際情況不相符的。造成這一錯誤結(jié)論的原因是，在現(xiàn)實(shí)的介質(zhì)特別是巖石介質(zhì)中，裂紋尖端實(shí)際上是有一定在現(xiàn)實(shí)的介質(zhì)特別是巖石介質(zhì)中，裂紋尖端實(shí)際上是有一定尺度的。這一尺度是與介質(zhì)的基本細(xì)觀性質(zhì)有關(guān)的，我們稱尺度的。這一尺度是與介質(zhì)的基本細(xì)觀性質(zhì)有關(guān)的，我們稱之為介質(zhì)的細(xì)觀特征尺度。因此

9、，之為介質(zhì)的細(xì)觀特征尺度。因此， 單元大小的劃分標(biāo)準(zhǔn)為：單元大小的劃分標(biāo)準(zhǔn)為：只要數(shù)值模型中的單元尺寸能夠反映或者基本反映這種細(xì)觀只要數(shù)值模型中的單元尺寸能夠反映或者基本反映這種細(xì)觀特征尺度，那么該模型的單元尺寸就是合理或者基本合理的。特征尺度，那么該模型的單元尺寸就是合理或者基本合理的。非均勻介質(zhì)單元劃分標(biāo)準(zhǔn)非均勻介質(zhì)單元劃分標(biāo)準(zhǔn)2/4/2022基元的引入基元的引入 細(xì)觀力學(xué)認(rèn)為；通過細(xì)觀單元的變形、破壞的個體行為的積細(xì)觀力學(xué)認(rèn)為；通過細(xì)觀單元的變形、破壞的個體行為的積累來反映宏觀行為的演化，為研究介質(zhì)變形和破裂的宏觀行累來反映宏觀行為的演化，為研究介質(zhì)變形和破裂的宏觀行為提供了一種新的途徑

10、。為提供了一種新的途徑。所謂的基元，是構(gòu)成介質(zhì)的基本細(xì)所謂的基元，是構(gòu)成介質(zhì)的基本細(xì)觀尺度單元，是在物理力學(xué)性質(zhì)方面能夠代表介質(zhì)特征的最觀尺度單元，是在物理力學(xué)性質(zhì)方面能夠代表介質(zhì)特征的最小單元。小單元。在巖石破裂過程分析在巖石破裂過程分析RPFA系統(tǒng)中，為了能夠充分系統(tǒng)中，為了能夠充分考慮介質(zhì)力學(xué)性能的非均勻性以及由這種非均勻性引起的變考慮介質(zhì)力學(xué)性能的非均勻性以及由這種非均勻性引起的變形、破裂過程的復(fù)雜性，我們引入了三種特性的基元，即基形、破裂過程的復(fù)雜性，我們引入了三種特性的基元，即基質(zhì)基元、空氣基元和接觸基元。質(zhì)基元、空氣基元和接觸基元。2/4/2022基元的三種形態(tài)基元的三種形態(tài) 基

11、質(zhì)基元；是指基元在模型中的當(dāng)前功能為實(shí)體介質(zhì)。它的性基質(zhì)基元；是指基元在模型中的當(dāng)前功能為實(shí)體介質(zhì)。它的性能由巖石的本構(gòu)關(guān)系來描述。能由巖石的本構(gòu)關(guān)系來描述。 空氣基元；是指基元在模型中的當(dāng)前功能為虛體特性。當(dāng)單元空氣基元；是指基元在模型中的當(dāng)前功能為虛體特性。當(dāng)單元介質(zhì)在拉應(yīng)力條件下發(fā)生斷裂后，形成斷裂面。就斷裂面的物介質(zhì)在拉應(yīng)力條件下發(fā)生斷裂后，形成斷裂面。就斷裂面的物理本質(zhì)而言，也就是應(yīng)力的傳遞在此出現(xiàn)不連續(xù)或中斷。通常理本質(zhì)而言，也就是應(yīng)力的傳遞在此出現(xiàn)不連續(xù)或中斷。通常的數(shù)值計(jì)算方法解決這一問題的方法是將單元中的節(jié)點(diǎn)分開，的數(shù)值計(jì)算方法解決這一問題的方法是將單元中的節(jié)點(diǎn)分開，或者是將

12、單元從模型中去掉。但是，這樣做的結(jié)果使得模型的或者是將單元從模型中去掉。但是，這樣做的結(jié)果使得模型的數(shù)學(xué)處理變得極其復(fù)雜，而且一般不適合多裂紋、特別是多裂數(shù)學(xué)處理變得極其復(fù)雜，而且一般不適合多裂紋、特別是多裂紋相互交叉的情形。紋相互交叉的情形。RFPA系統(tǒng)采用的裂紋處理方法，即空氣基系統(tǒng)采用的裂紋處理方法，即空氣基元。當(dāng)基元介質(zhì)發(fā)生斷裂后，我們不是將該單元從模型中去掉，元。當(dāng)基元介質(zhì)發(fā)生斷裂后，我們不是將該單元從模型中去掉，而是用彈模極低的基元性質(zhì)取代原有的實(shí)體基元的性質(zhì)，由于而是用彈模極低的基元性質(zhì)取代原有的實(shí)體基元的性質(zhì)，由于新的基元彈模極低，可以近似的認(rèn)為實(shí)體介質(zhì)的行為已不存在，新的基元

13、彈模極低，可以近似的認(rèn)為實(shí)體介質(zhì)的行為已不存在，這樣在不改變模型數(shù)學(xué)結(jié)構(gòu)的前提下，卻可以使得模型在總體這樣在不改變模型數(shù)學(xué)結(jié)構(gòu)的前提下，卻可以使得模型在總體特性上能夠反映出因基元破裂而引起的物理特性的改變。特性上能夠反映出因基元破裂而引起的物理特性的改變。2/4/2022 接觸基元；壓、剪破壞后的基元在一定范圍內(nèi)維持殘余強(qiáng)度狀態(tài)。接觸基元；壓、剪破壞后的基元在一定范圍內(nèi)維持殘余強(qiáng)度狀態(tài)。但是，對于現(xiàn)實(shí)中的介質(zhì)來說，破壞后的介質(zhì)在繼續(xù)受壓應(yīng)力、特但是，對于現(xiàn)實(shí)中的介質(zhì)來說，破壞后的介質(zhì)在繼續(xù)受壓應(yīng)力、特別是各向均受壓應(yīng)力的條件下，將出現(xiàn)所謂的壓密或壓實(shí)現(xiàn)象，其別是各向均受壓應(yīng)力的條件下，將出現(xiàn)所

14、謂的壓密或壓實(shí)現(xiàn)象，其力學(xué)表現(xiàn)則是壓密后的介質(zhì)剛度不僅不降低，反而出現(xiàn)上升。從而力學(xué)表現(xiàn)則是壓密后的介質(zhì)剛度不僅不降低，反而出現(xiàn)上升。從而引入了接觸基元。引入了接觸基元。基元的三種形態(tài)基元的三種形態(tài)2/4/2022三種基元在不同條件下的轉(zhuǎn)化三種基元在不同條件下的轉(zhuǎn)化基質(zhì)基元基質(zhì)基元空氣基元空氣基元接觸基元接觸基元受拉應(yīng)力破壞受拉應(yīng)力破壞進(jìn)行剛度退化處理進(jìn)行剛度退化處理裂紋兩面的介質(zhì)受壓作用產(chǎn)生接觸，接觸面?zhèn)鬟f壓應(yīng)力裂紋兩面的介質(zhì)受壓作用產(chǎn)生接觸，接觸面?zhèn)鬟f壓應(yīng)力激活空氣單元，單元剛度增加激活空氣單元，單元剛度增加當(dāng)壓應(yīng)力變?yōu)槔瓚?yīng)力時，進(jìn)行剛度退化處理當(dāng)壓應(yīng)力變?yōu)槔瓚?yīng)力時，進(jìn)行剛度退化處理受壓應(yīng)

15、力破壞受壓應(yīng)力破壞進(jìn)行剛度強(qiáng)化處理進(jìn)行剛度強(qiáng)化處理2/4/2022基元的相變基元的相變 所謂基元的相變，三種基元在一定條件下，將由一種所謂基元的相變，三種基元在一定條件下，將由一種突然轉(zhuǎn)化為另一種，這種其力學(xué)性質(zhì)全然改觀，叫做突然轉(zhuǎn)化為另一種，這種其力學(xué)性質(zhì)全然改觀，叫做相變。其臨界條件即為相變點(diǎn)。相變。其臨界條件即為相變點(diǎn)。2/4/2022cmax_cmax_t分離相殘余相彈性相殘余相接觸相基元及其特性基元及其特性ccrtttr分離點(diǎn)相變點(diǎn)2相變點(diǎn)1接觸點(diǎn)圖中個參數(shù)的意義圖中個參數(shù)的意義:1類相變閥值類相變閥值ccr1類相變殘余閥值類相變殘余閥值t2類相變閥值類相變閥值tr2類相變殘余閥值類

16、相變殘余閥值c最大壓應(yīng)變最大壓應(yīng)變max_c極限壓應(yīng)變極限壓應(yīng)變tmax_t最大拉應(yīng)變最大拉應(yīng)變極限拉應(yīng)變極限拉應(yīng)變基元相變之前，它代表實(shí)際的完好介質(zhì)，基元相變之前，它代表實(shí)際的完好介質(zhì)，具有線彈性應(yīng)力具有線彈性應(yīng)力-應(yīng)變特性。應(yīng)變特性。基元相變之后的一定范圍內(nèi)，它代表相變基元相變之后的一定范圍內(nèi)，它代表相變后階段的弱介質(zhì)，具有殘余閥值特性。后階段的弱介質(zhì)，具有殘余閥值特性。如果相變后的基元被高度擠壓，則基元猶如果相變后的基元被高度擠壓，則基元猶如被壓密的介質(zhì)。如果相變后的基元受拉，如被壓密的介質(zhì)。如果相變后的基元受拉，使其拉應(yīng)變達(dá)到一定的值時不再將基元看成使其拉應(yīng)變達(dá)到一定的值時不再將基元看

17、成是它所代表的介質(zhì)，處理成空氣基元。是它所代表的介質(zhì)，處理成空氣基元。2/4/2022RFPA分析過程流程圖分析過程流程圖開始開始實(shí)體建模和網(wǎng)格劃分，用統(tǒng)計(jì)分布函數(shù)，實(shí)體建模和網(wǎng)格劃分，用統(tǒng)計(jì)分布函數(shù)，賦每一個基元的剛度和相變值等賦每一個基元的剛度和相變值等施加荷載產(chǎn)生一個新的邊界位移或載荷施加荷載產(chǎn)生一個新的邊界位移或載荷形成新的剛度矩陣形成新的剛度矩陣將相變基元進(jìn)將相變基元進(jìn)行弱化處理行弱化處理線彈性有限線彈性有限元求解器元求解器計(jì)算基元節(jié)點(diǎn)力和位移計(jì)算基元節(jié)點(diǎn)力和位移根據(jù)相變準(zhǔn)則判斷根據(jù)相變準(zhǔn)則判斷是否有基元相變是否有基元相變加載是否加載是否需要結(jié)束需要結(jié)束結(jié)束結(jié)束是是否否是是否否實(shí)體建

18、模實(shí)體建模應(yīng)力分析應(yīng)力分析相變分析相變分析2/4/2022三、三、RFPA-Basic可研究的問題可研究的問題2/4/2022RFPA-2D基本版基本版 RFPA-2D基本版：集中了基本版：集中了RFPA系列軟件的系列軟件的基本功能，可進(jìn)行巖石、混凝土等脆性材料基本功能，可進(jìn)行巖石、混凝土等脆性材料受載的變形破壞分析，其聲發(fā)射模式的探測，受載的變形破壞分析，其聲發(fā)射模式的探測，亦可進(jìn)行簡單的工程應(yīng)用分析，如地下工程亦可進(jìn)行簡單的工程應(yīng)用分析，如地下工程開挖及支護(hù)過程中的應(yīng)力場、位移場監(jiān)測及開挖及支護(hù)過程中的應(yīng)力場、位移場監(jiān)測及聲發(fā)射（微震）監(jiān)控等。聲發(fā)射（微震）監(jiān)控等。 請看巖石材料單軸壓縮的

19、破壞過程請看巖石材料單軸壓縮的破壞過程2/4/2022巖石材料單軸壓縮的破壞過程及聲發(fā)射巖石材料單軸壓縮的破壞過程及聲發(fā)射2/4/2022四、四、RFPA系統(tǒng)平臺介紹系統(tǒng)平臺介紹2/4/2022RFPA系統(tǒng)平臺介紹系統(tǒng)平臺介紹、RFPA系統(tǒng)系統(tǒng)計(jì)算方面的特點(diǎn)：計(jì)算方面的特點(diǎn)： 允許模擬計(jì)算由于分步開挖引起的應(yīng)力重新分布對進(jìn)一步變形和破壞過允許模擬計(jì)算由于分步開挖引起的應(yīng)力重新分布對進(jìn)一步變形和破壞過程的影響，也就是說在模擬地下開采中伴隨的破壞過程時更接近于實(shí)際程的影響，也就是說在模擬地下開采中伴隨的破壞過程時更接近于實(shí)際情況。情況。 可以通過專門提供的作圖工具和參數(shù)輸入模塊，在模型中考慮模擬材

20、料可以通過專門提供的作圖工具和參數(shù)輸入模塊，在模型中考慮模擬材料的微觀的微觀缺陷，也可以考慮節(jié)理、裂隙等宏觀缺陷。缺陷，也可以考慮節(jié)理、裂隙等宏觀缺陷。 可以模擬自重引起的破壞過程，新的可以模擬自重引起的破壞過程，新的RFPA2D軟件系統(tǒng)增加了對地下工軟件系統(tǒng)增加了對地下工程開挖，地下破壞、地表沉陷、采動影響下煤巖頂板冒落、邊坡失穩(wěn)等程開挖，地下破壞、地表沉陷、采動影響下煤巖頂板冒落、邊坡失穩(wěn)等問題的模擬功能。問題的模擬功能。 增加了對多種統(tǒng)計(jì)分布函數(shù)如韋伯分布、正態(tài)分布、均勻分布等在材料增加了對多種統(tǒng)計(jì)分布函數(shù)如韋伯分布、正態(tài)分布、均勻分布等在材料特性中的嵌入，來考慮材料力學(xué)參數(shù)（強(qiáng)度、彈模

21、等）的非均勻性分布特性中的嵌入，來考慮材料力學(xué)參數(shù)（強(qiáng)度、彈模等）的非均勻性分布特征，從而可以從本質(zhì)上研究巖石變形的非線性特征。特征，從而可以從本質(zhì)上研究巖石變形的非線性特征。 新的新的RFPA2D軟件系統(tǒng)增加了對流固耦合（如：水力壓裂、底板突水、軟件系統(tǒng)增加了對流固耦合（如：水力壓裂、底板突水、水工中巖石、體滲流）、氣固耦合（媒巖體瓦斯突出）、溫度應(yīng)力場耦水工中巖石、體滲流）、氣固耦合（媒巖體瓦斯突出）、溫度應(yīng)力場耦合問題的模擬分析功能。合問題的模擬分析功能。 邊坡穩(wěn)定性分析模塊，主要為強(qiáng)度折減法和離心機(jī)法。邊坡穩(wěn)定性分析模塊，主要為強(qiáng)度折減法和離心機(jī)法。2/4/2022、 RFPA系統(tǒng)使用

22、方面的特點(diǎn)：系統(tǒng)使用方面的特點(diǎn)： RFPA2D軟件系統(tǒng)由于從設(shè)計(jì)到具體的實(shí)現(xiàn)過程就時刻注意到系統(tǒng)的可視化，所以新系統(tǒng)的軟件系統(tǒng)由于從設(shè)計(jì)到具體的實(shí)現(xiàn)過程就時刻注意到系統(tǒng)的可視化，所以新系統(tǒng)的用戶界面不出現(xiàn)任何與數(shù)值計(jì)算方法有關(guān)的術(shù)語，用戶無需掌握專門的數(shù)值計(jì)算方法，只需用戶界面不出現(xiàn)任何與數(shù)值計(jì)算方法有關(guān)的術(shù)語，用戶無需掌握專門的數(shù)值計(jì)算方法，只需提供與研究對象有關(guān)的幾何參數(shù)和力學(xué)參數(shù)，就可以用幾何作圖方式構(gòu)造力學(xué)模型；所有操提供與研究對象有關(guān)的幾何參數(shù)和力學(xué)參數(shù)，就可以用幾何作圖方式構(gòu)造力學(xué)模型；所有操作都是針對圖形進(jìn)行的。用戶只需利用內(nèi)藏的高性能作圖工具繪出結(jié)構(gòu)物的圖形，并為組成作都是針對

23、圖形進(jìn)行的。用戶只需利用內(nèi)藏的高性能作圖工具繪出結(jié)構(gòu)物的圖形，并為組成結(jié)構(gòu)物的各個部分指定材料的力學(xué)參數(shù)，然后指定邊界條件，即可進(jìn)行計(jì)算分析。結(jié)構(gòu)物的各個部分指定材料的力學(xué)參數(shù)，然后指定邊界條件，即可進(jìn)行計(jì)算分析。 賦值（前處理）。賦值（前處理）。RFPA對任何一個實(shí)際模擬對象的賦值，包括網(wǎng)格大小、力學(xué)參數(shù)、邊界對任何一個實(shí)際模擬對象的賦值，包括網(wǎng)格大小、力學(xué)參數(shù)、邊界條件、加載條件等，都是基于面向用戶的對話框。條件、加載條件等，都是基于面向用戶的對話框。 計(jì)算。計(jì)算。RFPA可快速進(jìn)行可快速進(jìn)行100,000個單元以上的模型分析計(jì)算，而且最大容量只取決于計(jì)算機(jī)個單元以上的模型分析計(jì)算，而且最

24、大容量只取決于計(jì)算機(jī)的硬件性能。在的硬件性能。在RFPA系統(tǒng)中，應(yīng)力分析和相變分析（破壞分析）是相互獨(dú)立的，有限元僅完系統(tǒng)中，應(yīng)力分析和相變分析（破壞分析）是相互獨(dú)立的，有限元僅完成應(yīng)力、應(yīng)變計(jì)算，不參與相變分析。但整個應(yīng)力分析、相變分析過程是連貫依此完成的，成應(yīng)力、應(yīng)變計(jì)算，不參與相變分析。但整個應(yīng)力分析、相變分析過程是連貫依此完成的，不需要用戶進(jìn)行任何干預(yù)。不需要用戶進(jìn)行任何干預(yù)。 顯示（后處理）。顯示（后處理）。在在RFPA中專門設(shè)置了一組顯示工具條和菜單欄用于對模擬結(jié)果進(jìn)行顯示中專門設(shè)置了一組顯示工具條和菜單欄用于對模擬結(jié)果進(jìn)行顯示操作。操作。RFPA實(shí)時顯示中間的計(jì)算結(jié)果，從而可以及

25、時反饋給用戶計(jì)算進(jìn)度。實(shí)時顯示中間的計(jì)算結(jié)果，從而可以及時反饋給用戶計(jì)算進(jìn)度。RFPA還具有對還具有對計(jì)算結(jié)果重畫圖形的功能，以便獲得更為理想的后處理結(jié)果。計(jì)算結(jié)果重畫圖形的功能，以便獲得更為理想的后處理結(jié)果。 圖形編輯。圖形編輯。RFPA具有對模擬結(jié)果圖形進(jìn)行縮放、拷貝等編輯功能，還可以直接運(yùn)用具有對模擬結(jié)果圖形進(jìn)行縮放、拷貝等編輯功能，還可以直接運(yùn)用windows的剪切、復(fù)制、粘貼等功能將模擬結(jié)果圖形傳輸?shù)綀D形處理軟件（如的剪切、復(fù)制、粘貼等功能將模擬結(jié)果圖形傳輸?shù)綀D形處理軟件（如MS-Word，CorelDraw等）進(jìn)行后處理編輯。等）進(jìn)行后處理編輯。2/4/2022RFPA-2D工作平

26、臺的裝入工作平臺的裝入：通過鼠標(biāo)雙擊桌面上：通過鼠標(biāo)雙擊桌面上RFPA圖標(biāo)裝入圖標(biāo)裝入：通過開始菜單裝入，開始：通過開始菜單裝入，開始程序程序RFPA2/4/2022初始工作平臺初始工作平臺新建工程文檔新建工程文檔打開已有的打開已有的*rfp類型文檔類型文檔2/4/2022設(shè)計(jì)平臺設(shè)計(jì)平臺RFPA 模型模型工作區(qū)工作區(qū)顯示工具條顯示工具條基本工具條基本工具條作圖工具條作圖工具條材料特性類型材料特性類型材料特性分布圖材料特性分布圖菜單條菜單條調(diào)色板調(diào)色板狀態(tài)條狀態(tài)條2/4/2022工具條介紹工具條介紹 (tool bar)工具條：是為了方便菜單中的主要命令的使用而設(shè)置的快捷工具工具條：是為了方便

27、菜單中的主要命令的使用而設(shè)置的快捷工具2/4/2022New新建新建Open打開打開Save保存保存Print打印打印Copy復(fù)制復(fù)制Zoom縮放縮放Full Screen全屏顯示全屏顯示Mesh dividing網(wǎng)格劃分網(wǎng)格劃分Boundary conditions邊界條件邊界條件Control conditions控制條件控制條件Run step by step單步運(yùn)行單步運(yùn)行Auto run 自動連續(xù)運(yùn)行自動連續(xù)運(yùn)行Stop run強(qiáng)制停止運(yùn)行強(qiáng)制停止運(yùn)行2/4/2022Draw by mouse鼠標(biāo)鍵盤輸入切換鼠標(biāo)鍵盤輸入切換Material property材料類型選擇材料類型選擇S

28、elect area區(qū)域選擇區(qū)域選擇Rectangle矩形矩形Circle圓圓Line單直線單直線Double line雙直線雙直線Polyline多線多線Polygon任意多邊形任意多邊形Compositematerial復(fù)合材料復(fù)合材料Closed Arc封閉弧封閉弧Arc圓弧圓弧Anchor支護(hù)支護(hù)復(fù)合材料增強(qiáng)復(fù)合材料增強(qiáng)介質(zhì)顆粒設(shè)置介質(zhì)顆粒設(shè)置2/4/2022Shear stress剪應(yīng)力圖剪應(yīng)力圖Max. principal stress最大主應(yīng)力圖最大主應(yīng)力圖Min. principal stress最小主應(yīng)力圖最小主應(yīng)力圖Elastic彈性模量圖彈性模量圖Acoustic Emi

29、ssion聲發(fā)射圖聲發(fā)射圖e/AE彈模和聲發(fā)射圖彈模和聲發(fā)射圖Load-step curve載荷與加載步曲線載荷與加載步曲線AE curve聲發(fā)射曲線聲發(fā)射曲線Area AE圈定聲發(fā)射圖圈定聲發(fā)射圖Multi-Element Information多單元信息多單元信息Slide play幻燈播放幻燈播放Displacement vector位移矢量圖位移矢量圖Stress vector應(yīng)力矢量圖應(yīng)力矢量圖2/4/2022顏色灰度調(diào)整顏色灰度調(diào)整顏色灰度調(diào)整顏色灰度調(diào)整(Color Adjustment):用戶根據(jù)自己的研究和興趣需要，可進(jìn)行結(jié)果圖顏色灰度的調(diào)整用戶根據(jù)自己的研究和興趣需要，可進(jìn)

30、行結(jié)果圖顏色灰度的調(diào)整；單擊左邊顏色框，調(diào)節(jié)右邊；單擊左邊顏色框，調(diào)節(jié)右邊Minimum 和和Maximum滑動按鈕。滑動按鈕。2/4/2022網(wǎng)格劃分網(wǎng)格劃分 Y Length(mm),X length(m): Y方向和方向和X方向的尺寸均為所研究問題的實(shí)際尺寸，單位為毫米，建立模型的時方向的尺寸均為所研究問題的實(shí)際尺寸，單位為毫米，建立模型的時候需要將實(shí)際尺寸換算成毫米，單元尺寸為實(shí)際候需要將實(shí)際尺寸換算成毫米，單元尺寸為實(shí)際 尺寸除單元個數(shù)。尺寸除單元個數(shù)。Rows(Elements),Cols(Elements): 單元列數(shù)和行數(shù)，單元尺寸的劃分原則前面已講述。單元列數(shù)和行數(shù)，單元尺寸

31、的劃分原則前面已講述。Heterogeneity Index行：行：為均質(zhì)度，為均質(zhì)度，weibull統(tǒng)計(jì)分布函數(shù)中的參數(shù)統(tǒng)計(jì)分布函數(shù)中的參數(shù)m，反映巖石介質(zhì)的均質(zhì)性。若模擬地下，反映巖石介質(zhì)的均質(zhì)性。若模擬地下工程等必須考慮模型本身的重力的工程問題時，需要輸入自重的參數(shù)，注意自重的單位：工程等必須考慮模型本身的重力的工程問題時，需要輸入自重的參數(shù)，注意自重的單位：N/mm3。Mean Value: 為單元物理力學(xué)參數(shù)的平均值。為單元物理力學(xué)參數(shù)的平均值。 01mmme Weibull分布函數(shù)：分布函數(shù)：2/4/2022強(qiáng)度特性設(shè)置強(qiáng)度特性設(shè)置摩擦角摩擦角(Friction)：材料在垂直力作用

32、下發(fā)生剪切破壞時錯動面的傾角材料在垂直力作用下發(fā)生剪切破壞時錯動面的傾角 （材料固有）。（材料固有）。壓拉比壓拉比(C/T ratio)：材料抗壓強(qiáng)度與抗拉強(qiáng)度的比值。材料抗壓強(qiáng)度與抗拉強(qiáng)度的比值。殘余強(qiáng)度百分比殘余強(qiáng)度百分比(Residual strength(%)：破壞后的殘余強(qiáng)度與破壞前強(qiáng)度的比值。破壞后的殘余強(qiáng)度與破壞前強(qiáng)度的比值。殘余泊松比百分比殘余泊松比百分比(Residual poisson(%)：破壞后的泊松比與破壞前泊松比的比值。破壞后的泊松比與破壞前泊松比的比值。最大應(yīng)變最大應(yīng)變(Maximum strain)：極限最大應(yīng)變與彈性最大應(yīng)變的比值（理解參見基元與其特性）。極限

33、最大應(yīng)變與彈性最大應(yīng)變的比值（理解參見基元與其特性）。2/4/2022力邊界條件設(shè)置力邊界條件設(shè)置加載方式加載方式(Load mode)：位移加載、應(yīng)力加載、圍壓位移加載、應(yīng)力加載、圍壓控制、自由。控制、自由。加載初始步加載初始步(Initial step)：開始施加力邊界條件的開始開始施加力邊界條件的開始步。步。加載初始值加載初始值(Initial value)：計(jì)算循環(huán)中加載起始步的計(jì)算循環(huán)中加載起始步的值（選擇不同的加載方式則對應(yīng)不同的加載值）。值（選擇不同的加載方式則對應(yīng)不同的加載值）。加載增量加載增量(Increment)：兩個加載步之間變化量。正值兩個加載步之間變化量。正值表示壓，

34、負(fù)值表示拉。表示壓，負(fù)值表示拉。加載終值加載終值(Final value)：用于設(shè)置加載循環(huán)中某方向用于設(shè)置加載循環(huán)中某方向上的終值。上的終值。加載終止步加載終止步(Final step)：設(shè)置加載的終止步。設(shè)置加載的終止步。2/4/2022控制條件設(shè)置控制條件設(shè)置執(zhí)行完網(wǎng)格劃分命令就要對模擬區(qū)進(jìn)行控執(zhí)行完網(wǎng)格劃分命令就要對模擬區(qū)進(jìn)行控制條件設(shè)置。制條件設(shè)置。總控制步總控制步(Total step)：控制整個程序的循控制整個程序的循環(huán)計(jì)算步。也就是所計(jì)算的循環(huán)步最終取環(huán)計(jì)算步。也就是所計(jì)算的循環(huán)步最終取決于此處的步數(shù)。決于此處的步數(shù)。步中步步中步(step In step)：根據(jù)計(jì)算精度而顯根

35、據(jù)計(jì)算精度而顯示的兩步之間的小步。示的兩步之間的小步。求解類型求解類型(Load type)：可進(jìn)行平面應(yīng)變問可進(jìn)行平面應(yīng)變問題、平面應(yīng)力問題和軸對成問題的求解。題、平面應(yīng)力問題和軸對成問題的求解。重力方向重力方向(Weight direction)：重力方向的重力方向的確定。確定。2/4/2022系統(tǒng)自定義系統(tǒng)自定義 (self define)2/4/2022系統(tǒng)自定義系統(tǒng)自定義(self define)圖片類型和尺寸圖片類型和尺寸(Picture Type Size)結(jié)果圖類型結(jié)果圖類型(Type)：此命令主要是定義此命令主要是定義在模型計(jì)算完成后要顯示圖形的類型和在模型計(jì)算完成后要顯示圖

36、形的類型和尺寸。根據(jù)研究問題的需要將相應(yīng)的結(jié)尺寸。根據(jù)研究問題的需要將相應(yīng)的結(jié)果圖選項(xiàng)上鉤上即可。果圖選項(xiàng)上鉤上即可。圖形尺寸圖形尺寸(Size)：對系統(tǒng)生成的結(jié)果圖對系統(tǒng)生成的結(jié)果圖進(jìn)行大小設(shè)置，選進(jìn)行大小設(shè)置，選Default默認(rèn)，系統(tǒng)默認(rèn)，系統(tǒng)根據(jù)窗口大小隨機(jī)生成。根據(jù)窗口大小隨機(jī)生成。矢量單元間隔矢量單元間隔(Vector element intervals)：因?yàn)橐硎臼噶繄觯眉驗(yàn)橐硎臼噶繄觯眉^表示矢量的大小方向，箭頭方向?yàn)槭割^表示矢量的大小方向，箭頭方向?yàn)槭噶糠较颍^長短表示矢量大小。量方向，箭頭長短表示矢量大小。位移矢量放大系數(shù)位移矢量放大系數(shù) (Displaceme

37、nt vector amplified coeff)：為了計(jì)算結(jié)為了計(jì)算結(jié)果顯示的我們能更好的看清以說明問題果顯示的我們能更好的看清以說明問題，對原始矢量大小給予適當(dāng)?shù)姆糯蟆＃瑢υ际噶看笮〗o予適當(dāng)?shù)姆糯蟆?yīng)力矢量放大系數(shù)應(yīng)力矢量放大系數(shù)(Stress vector amplified coeff)：解釋同位移放大系解釋同位移放大系數(shù)。數(shù)。注：這些參數(shù)定義可在計(jì)算運(yùn)行命令之前執(zhí)行，也可注：這些參數(shù)定義可在計(jì)算運(yùn)行命令之前執(zhí)行，也可在計(jì)算命令之后執(zhí)行。在計(jì)算命令之后執(zhí)行。2/4/2022顯示步顯示步(Show step)顯示步顯示步(Show step)：此命令在設(shè)置重此命令在設(shè)置重畫計(jì)算結(jié)果圖

38、時候設(shè)置，設(shè)置重畫計(jì)畫計(jì)算結(jié)果圖時候設(shè)置，設(shè)置重畫計(jì)算步的間隔。也可在算步的間隔。也可在input redraw step 下面直接輸入要重畫的計(jì)算步，用英下面直接輸入要重畫的計(jì)算步，用英文狀態(tài)下的逗號相隔。文狀態(tài)下的逗號相隔。重畫重畫(Redraw)：是系統(tǒng)對計(jì)算數(shù)據(jù)進(jìn)是系統(tǒng)對計(jì)算數(shù)據(jù)進(jìn)行重新生成圖像的操作，原計(jì)算數(shù)據(jù)行重新生成圖像的操作，原計(jì)算數(shù)據(jù)不變化，只是新生成的結(jié)果圖將覆蓋不變化，只是新生成的結(jié)果圖將覆蓋和上次生成的名稱相同的圖形。不同和上次生成的名稱相同的圖形。不同于系統(tǒng)重置于系統(tǒng)重置(reset)。系統(tǒng)自定義系統(tǒng)自定義(self define)2/4/2022 聲發(fā)射圖設(shè)置聲發(fā)射

39、圖設(shè)置(AE Picture Setting)聲發(fā)射圓大小聲發(fā)射圓大小(Type size)：設(shè)置聲設(shè)置聲發(fā)射圓大小（代表相對能量或震發(fā)射圓大小（代表相對能量或震級大小），級大小），Amplified radius是指是指在原能量圓大小的基礎(chǔ)上放大的在原能量圓大小的基礎(chǔ)上放大的倍數(shù)。倍數(shù)。所有步所有步(For all steps)：顯示當(dāng)前顯示當(dāng)前所有步的聲發(fā)射圓。所有步的聲發(fā)射圓。當(dāng)前步當(dāng)前步(For current step)：顯示當(dāng)顯示當(dāng)前單步的聲發(fā)射圓。前單步的聲發(fā)射圓。發(fā)射圓顏色發(fā)射圓顏色(AE color)：用聲發(fā)射用聲發(fā)射圓顏色進(jìn)行區(qū)別單元的破壞是抗圓顏色進(jìn)行區(qū)別單元的破壞是抗拉

40、破壞、抗壓破壞、還是抗剪破拉破壞、抗壓破壞、還是抗剪破壞。雙擊顏色框進(jìn)行調(diào)節(jié)。壞。雙擊顏色框進(jìn)行調(diào)節(jié)。系統(tǒng)自定義系統(tǒng)自定義(self define)2/4/2022高級設(shè)置高級設(shè)置(Advanced Setting)主要對破壞后和空氣單元的參數(shù)進(jìn)行調(diào)整主要對破壞后和空氣單元的參數(shù)進(jìn)行調(diào)整(初初學(xué)者將詞項(xiàng)默認(rèn)學(xué)者將詞項(xiàng)默認(rèn))。分離系數(shù)分離系數(shù)(Detached coeff)：主要為了處理破主要為了處理破壞后單元的顯示狀態(tài)，當(dāng)破壞單元的變形壞后單元的顯示狀態(tài)，當(dāng)破壞單元的變形(受受拉拉)達(dá)到分離系數(shù)指定的變形量時，認(rèn)為單元達(dá)到分離系數(shù)指定的變形量時，認(rèn)為單元已徹底分離，將不在顯示此單元，值為已徹底

41、分離，將不在顯示此單元，值為1-100。設(shè)置為。設(shè)置為5時，表示當(dāng)單元的最大變形超過時，表示當(dāng)單元的最大變形超過5倍單元原始尺寸時，不再顯示此單元。倍單元原始尺寸時，不再顯示此單元。灰度系數(shù)灰度系數(shù)(Gray degree coeff)：是通過去掉高：是通過去掉高亮度單元來調(diào)整總體的亮度范圍，值在亮度單元來調(diào)整總體的亮度范圍，值在01之間，其意義為：假設(shè)模型單元數(shù)為之間，其意義為：假設(shè)模型單元數(shù)為10，000個，灰度系數(shù)為個，灰度系數(shù)為0.01，則表示在顯示時去掉，則表示在顯示時去掉10，0000.01=100個最亮的個單元級別。個最亮的個單元級別。大位移大位移(Large displacem

42、ent)：是在處理自重是在處理自重問題時，當(dāng)破壞的單元下落的位移超過設(shè)置問題時，當(dāng)破壞的單元下落的位移超過設(shè)置值時，則認(rèn)為破壞單元脫離母體單元，值為值時，則認(rèn)為破壞單元脫離母體單元，值為單元邊長的倍數(shù)。單元邊長的倍數(shù)。系統(tǒng)自定義系統(tǒng)自定義(self define)2/4/2022變形放大系數(shù)變形放大系數(shù)(Deformation)：對破模型對破模型的尺寸在顯示時做放大處理，如有時計(jì)的尺寸在顯示時做放大處理，如有時計(jì)算完成后發(fā)現(xiàn)模型沒有變化則可能是放算完成后發(fā)現(xiàn)模型沒有變化則可能是放大系數(shù)設(shè)置的太小；反之，當(dāng)計(jì)算完成大系數(shù)設(shè)置的太小；反之，當(dāng)計(jì)算完成后顯示的圖形出現(xiàn)全黑時，則有可能是后顯示的圖形出

43、現(xiàn)全黑時，則有可能是因?yàn)榉糯笙禂?shù)設(shè)置過大的緣故。因?yàn)榉糯笙禂?shù)設(shè)置過大的緣故。計(jì)算精度系數(shù)計(jì)算精度系數(shù)(Accurate of stress)：表示表示控制計(jì)算精度，如設(shè)置為控制計(jì)算精度，如設(shè)置為0.0001時，則時，則表示當(dāng)破壞單元達(dá)到總單元數(shù)萬分之一表示當(dāng)破壞單元達(dá)到總單元數(shù)萬分之一時，系統(tǒng)不再做當(dāng)前不的循環(huán)計(jì)算。時，系統(tǒng)不再做當(dāng)前不的循環(huán)計(jì)算。系統(tǒng)自定義系統(tǒng)自定義(self define)其他設(shè)置其他設(shè)置(Others setting)2/4/2022五、工程算例五、工程算例模擬演模擬演示示2/4/2022巖石的壓縮加載數(shù)值試驗(yàn)巖石的壓縮加載數(shù)值試驗(yàn)巖石的剪切加載試驗(yàn)巖石的剪切加載試驗(yàn) RFPA工程算例工程算例（基本模塊）（基本模塊）2/4/2022RFPA計(jì)算步驟計(jì)算步驟（三大步）（三大步）構(gòu)造模型構(gòu)造模型 （前處理）（前處理）1建立工程文檔2網(wǎng)格劃分和參數(shù)賦值3插入模型結(jié)構(gòu)4邊界條件和控制條件計(jì)算計(jì)算單步運(yùn)行連續(xù)運(yùn)行結(jié)果分析結(jié)果分析（后處理）（后處理）2/4/2022巖石的壓縮加載數(shù)值試驗(yàn)巖石的壓縮加載數(shù)值試驗(yàn)試驗(yàn)內(nèi)容：試驗(yàn)內(nèi)容： 巖