RF A D学习Word格式文档下载.docx
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6.2桥梁模型破坏76
6.3圆形巷道破坏过程的声发射特征77
6.4薄板点载荷作用下的破坏过程77
6.5岩体水压致裂过程78
服务信息81
第1章RFPA方法要点
1.1RFPA程序原理
岩石（岩体）是地质、采矿、石油、水利等部门经常涉及的最基本的天然材料。
天然的岩体是非连续、非均质、非弹性、各向异性的介质。
它具有时效性、记忆性和对环境的依赖性。
尽管经典力学推衍了诸多的理论公式，但面对复杂的工程岩体材料仍显得无能为力。
在许多实际工程当中，依据理想化的模式计算出的诸如岩体变形、破坏和强度等与实际相差甚远。
煤矿岩爆、瓦斯突出、采场顶板垮落、水坝开裂、岩土边坡失稳、地震等众多灾害性事故的发生，不仅给国家和人民财产造成了巨大损失，同时也表明，人类目前尚缺乏对岩石（岩体）材料的不规则性、复杂性和物理力学非线性本质的认识和解决这些问题的方法，致使许多岩石力学问题无法定量或定性地予以解释和分析。
岩石力学问题，广义讲包括岩石破坏问题。
岩石之所以产生非线性变形，就是因为岩石在受载过程中其内部不断产生微细破裂。
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岩石的非线性变形，但只是在宏观行为上的一种“形似”，而没有模拟出岩石在变形过程中的微破裂进程，因而不能做到“神似”。
为了解决岩石破裂过程的分析，采用有限差分法、有限单元法、边界元法、半解析元法、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，例如岩土材料的非线性问题、岩体中节理、裂隙等不连续面对分析计算的影响、分步开挖与充填施工作业对围岩稳定性的影响等等方面都不同程度的存在缺陷。
1995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“RFPA（RealisticFailureProcessAnalysis）方法”，即真实破坏过程分析方法，其主要要点如下：
●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。
●认为单元性质是线弹-脆性或脆-塑性的，单元的弹模和强度等其他参数服从某种分布，如正态分布、韦伯分布、均匀分布等。
●认为当单元应力达到破坏的准则发生破坏，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连续介质问题。
●认为岩石的损伤量、声发射同破坏单元数成正比。
●岩石试件加载变形破坏、岩石的声发射
●巷道的破坏（大规模计算）
●地下工程开挖与支护（大规模计算）
●岩石、混凝土等材料中的热固耦合问题
●混凝土等脆性材料变形破坏
●陶瓷、复合材料变形破坏模拟分析
●岩石（体）流固耦合分析（大规模计算）
第2章RFPA3D-Parallel软件系统功能与特点
RFPA3D-Parallel软件系统继续保持RFPA2D/3D单机版的功能和特点，具有友好的用户交互界面，概括起来主要有以下功能：
1．模拟岩石的破裂过程，真是模拟岩石力学实验室的各种类型的加载试验，包括单轴压缩、单轴拉伸、双向加载以及真三轴试验。
2．模拟工程结构破坏过程。
实现三点弯曲加载试验、四点弯曲加载试验以及桥梁、隧道等混凝土和岩石工程结构的破坏。
3．模拟岩石破裂过程的声发射规律，从而研究岩石破裂过程的声发射频度与震级关系以及岩石失稳破坏的前兆特征等特点。
4．模拟三维裂纹的扩展过程，包括裂纹的萌生、扩展以及贯通，还可以研究实现多裂纹之间的相互作用。
5．允许模拟计算由于分步开挖引起的应力重新分布对进一步变形和破坏过程的影响，也就是说在模拟地下开采中伴随的破坏过程时更接近于实际情况。
6．可以通过专门作图工具（见工具条介绍）考虑模拟材料的微观缺陷，也可以考虑节理、裂隙等宏观缺陷。
7．可以模拟自重引起的破坏过程。
地下破坏、地表沉陷、采动影响下煤岩顶板冒落、边坡失稳等问题的模拟功能。
下图是用RFPA-Parallel软件系统在模拟的节理岩质边坡破坏过程图。
8．流固耦合模拟分析
第3章RFPA3D-Parallel的使用
3.1工作区介绍
图像区：
这是建立模型和查看计算结果图像的窗口，图像可以根据图像变换工具栏或者菜单栏进行调节位置、大小和方向，用右边的工具栏来选择图像的类型。
图像区的最低下是图片的类型以及记载的步数信息，图像区的右边是图例，根据图像的颜色可以找到对应的数值的大小。
工程区：
工程区最下有三个属性区。
从左到右分别是设计区、剪裁区和结果区。
主菜单：
包括文件、编辑、查看、变换、曲线、设置以及窗口菜单。
可以完成模型的建立、结果查看以及变换图像的大部分功能，后面详细介绍。
图像变换工具栏：
可以查看模型的前、后、左、右、上、下以及XYZ坐标轴下的垂直面，还可以分别把图像向上、下、左、右、以及左上、右下、右上、左下移动以及绕X、Y或Z坐标轴转动的功能。
计算过程中用户可以查看前面计算结果，可以直接在工具栏中输入需要跳转的步数和步中步，也可向前或向后的方式前后浏览。
加载步结果浏览工具条
图像选择工具栏
图像选择工具栏：
结果曲线有最大主应力、最小主应力、中间主应力、最大主应变、中间主应变、最小主应变以及X、Y、Z三个方向的位移、声发射分布、弹性模量、单轴抗压强度、损伤的结果图像。
3.2菜单和工具栏介绍
3.2.1File菜单
文件菜单命令可以使我们对设计工程实际问题并且计算过程中所涉及的各种各样的源文件进行管理文件菜单包括了以下命令：
新建、打开、关闭、保存、另存为、打印、打印预览、打印设置、退出。
这些命令功能作用详细说明如下：
新建（New）
用这一命令在系统内创建一个新的RFPA工程文档，通过新建文件对话框创建用户希望的工程文件夹的名称以及存放的位置。
工具栏按钮图标:
打开（Open）
用这一命令在系统内打开一个工程文件，因RFPA-Parallel软件系统是一个多文档软件，所以它允许打开多个文件，在窗口菜单里可以看见打开的多个文件的名字，用户也可以从文件菜单里快捷打开最近保存的四个文件。
关闭（Exit）
用这一命令在系统内关闭所有的窗口，包括当前活动的RFPA-Parallel软件系统工作平台，RFPA-Parallel软件系统在执行关闭命令时，建议用户保存已改变的工程文件，如果在关闭工程时没有保存，则用户对当前文件的所有改变将无效。
在关闭没有命名的工程文件时，程序将显示另存为对话框，建议用户对工程文件命名并保存。
保存（Save）
用这一命令保存用户创建的工程文档，单击可保存活动工程文档，可用另起文件名或置于另一位置的办法来保存活动文档的副本。
在进入RFPA-Parallel工作平台时，程序要求用户必须给新建的文档命名，这样可防止停电或其它原因造成的工程文档的丢失。
另存为（SaveAs）
用这一命令保存用户创建的工程文档。
用另给文件名或置于另一位置的办法来保存活动工程文档的副本。
在执行保存命令时程序弹出为另存为对话框。
打印（Print）
用这一命令在系统内打印用户创建的工程文档。
执行此命令后将按系统缺省打印当前窗口的所有内容，打印出的最后格式为系统所设定格式。
要更改设置请参看打印设置命令。
打印设置（PrintSettings）
用这一命令在系统内设置用户的打印类型。
执行此命令后将弹出打印设置框，包括设置用户连接的打印机、打印纸的类型、打印质量、打印内容、打印范围等，改变设置，然后按确定键即可。
打印预览（PrintPreview）
用这一命令在系统内使屏幕显示与打印结果完全一致在“显示比例”对话框中（“视图”菜单上），如果把显示比例设置成100%，则显示效果最接近打印结果。
可以对显示的大小和范围进行调整。
导入Patran文件（ImportPatranModel）:
用于导入采用Patran生成的模型，如果你需要计算非规则网格的模型和工程问题，就要用到这部分功能。
首先将Patran接口安装程序Ptor_setup.exe安装完毕，建立模型之后，采用导出的办法，导出四个接口文件，存放在RFPA-Parallel的安装目录下面，新建一个工程，在设置好模型的材料参数之后，运行菜单中的本命令，就可以直接导入模型。
3.2.2View菜单
图像复位（Reset）:
图像的移动位置、变形系数、放大系数全部复位。
当图像移动坐标过大，或者放大系数太大，超出图像工作区或者不便于观察的角度的时候，可以采用本功能恢复图像的原始状态。
查看背面（BackView）
变换图形查看的角度，改为从背面查看。
查看顶部（TopView）
变换图形查看的角度，改为从顶面查看
查看底面（BottomView）
变换图形查看的角度，改为从底面查看
查看左面（LeftView）
变换图形查看的角度，改为从左面查看
查看右面（BackView）
变换图形查看的角度，改为从右面查看
XY（+Z）
变换图像，使用户查看XY面，Z轴正方向面向用户，如下图所示：
X
Y
Z
XY（-Z）
变换图像，使用户查看XY面，Z轴负方向面向用户，如下图所示：
ZX（+Y）
变换图像，使用户查看ZX面，Y轴正方向面向用户，如下图所示：
ZX（-Y）
变换图像，使用户查看ZX面，Y轴负方向面向用户，如下图所示：
YZ（+X）
变换图像，使用户查看YZ面，X轴正方向面向用户，如下图所示：
YZ（-X）
变换图像，使用户查看YZ面，X轴负方向面向用户，如下图所示：
状态行
在界面的下面是状态提示行，用以告诉用户一些信息，状态行显示出光标所在的信息，并告诉用户工具条和菜单的具体含义。
查看工具栏（ViewBar）
显示或者隐藏图像变换工具栏，默认情况下是显示该工具栏。
如果你觉得桌面空间不够大的时候可以隐藏。
如果你需要该工具栏提供快捷方式，请你选择本菜单。
图像类型工具栏（PictureTypeBar）
显示或者隐藏图像类型工具栏，默认情况下是显示该工具栏。
主工具栏（Toolbar）
显示或者隐藏最上面的主工具栏，默认情况下是显示该工具栏。
3.2.3Translation菜单
向左移动（MoveLeft）
按照给定比例把图像区的图像向左移动。
工具栏图标按钮:
向右移动（MoveRight）
按照给定比例把图像区的图像向右移动。
向上移动（MoveUp）
按照给定比例把图像区的图像向上移动。
向下移动（MoveDown）
按照给定比例把图像区的图像向下移动。
向左上移动（MoveUpperLeft）
按照给定比例把图像区的图像向左上移动。
向右上移动（MoveUpperRight）
按照给定比例把图像区的图像右上移动。
向左下移动（MoveBottomLeft）
按照给定比例把图像区的图像向左下移动。
向右下移动（MoveBottomRight）
按照给定比例把图像区的图像向右下移动。
X方向放大（XZoomIn）
不等比例放大图像，将X方向的尺寸变长。
X方向缩小（XZoomOut）
不等比例放大图像，将X方向的尺寸缩小。
Y方向放大（YZoomIn）
不等比例放大图像，将Y方向的尺寸变长。
Y方向放大（YZoomOut）
不等比例放大图像，将Y方向的尺寸缩小。
Z方向放大（ZZoomIn）
不等比例放大图像，将Z方向的尺寸变长。
Z方向缩小（ZZoomOut）
放大模型（ZoomIn）
将模型三个方向按照等同比例放大。
工具栏按钮图标：
缩小模型（ZoomOut）
将模型三个方向按照等同比例缩小。
3.2.4Curves菜单
声发射曲线（AECurves）：
显示声发射（破坏单元）与加载步之间的关系曲线对话框、加载步和声发射（破坏单元）能量之间的关系曲线对话框。
X轴为加载步，Y轴为声发射个数或者声发射能量。
加载位移-加载步曲线（DisplacementVs.Step）
显示加载步-加载位移量的曲线。
X轴为加载步，Y方向为加载位移，位移的单位为毫米（mm）。
加载（应）力-加载步曲线（Stressvs.Step）:
显示加载步-加载（应）力的曲线。
X轴为加载步，Y方向为加载（应）力（单位为MPa或者N）。
加载（应）力-加载位移曲线（Stressvs.Displacement）:
显示加载位移-加载（应）力的曲线。
X轴为加载位移（单位为毫米），Y方向为加载（应）力（单位为MPa或者N）。
3.2.5Setting菜单
重新计算（Restart）:
在不改变当前设置的情况下，重新计算。
本命令包括重新设置和开始计算两部分。
如果点击重新设置（Reset）之后，点击开始计算命令按钮，也可以实现重新计算功能（Restart）。
重新绘制图像（Redraw）:
本菜单命令主要是为了计算完毕之后，自动生成图像文件。
点击之后出现下面的对话框，可以选择需要生成图像文件的起始和最终步数以及生成图像的类型。
具体参见结果分析的图像文件处理部分。
停止绘制图像（StepRedrawing）
在上面的图像绘制过程中，用户干预停止生成图像文件使用本菜单命令。
从当前步开始计算（RecomputedFromCurrentStep）:
如果你发现了计算错误并且并不想从开始步数开始计算，可以采用浏览的办法，在浏览工具栏中输入你希望的开始步数，然后可以从您指定的步数开始重新计算。
在这种情况下，一般是用户更改了加载量或者重新调整了计算模型。
高级设置（AdvancedSettings）:
运行本菜单命令后出现下面的对话框，本对话框包括颜色设置以及求解器的选择等内容，建议普通用户一般不要修改其中的设置。
高级选项的一些常用的功能将会在后面详细解释。
AE选项（AESettings）
主要是声发射（破坏单元）的一些选项，包括破坏球体的标准半径，显示的内容。
关闭服务器端的监听（CloseServerListening）:
这个命令是在并行计算时候使用的，如果你不是并行版本用户，可以不用关心这个命令的功能。
如果您在并行计算机的服务器端已经打开了监听任务，并且Windows客户端已经连接上去了，你可以不必登录到并行计算机服务器上去关闭监听程序，通过本命令就可以关闭。
如果你并没有启动服务器端的监控程序，或者已经和服务器端没有连接上，您将无法通过本命令达到目的，此时将会出现下面的对话框：
3.2.6Windows菜单
窗口菜单所提供的命令用来对RFPA-Parallel软件系统中的窗口进行管理，用户可以在里面直接查看原始设计窗口、各种应力图等。
弹性模量图（ElasticModulus）：
在图像显示区显示弹性模量图。
单轴抗压强度图（Strength）：
在图像显示区显示单轴抗压强度图。
分别在图像显示区显示三个方向的位移图像。
分别在图像显示区显示最大主应力、中间主应力和最小主应力图像。
在图像显示区显示AE分布图像。
新建一个工程，出现一个新建工程文件夹的选项，所有的工程文件都在这个文件夹下。
如果当前已经有一个新的工程，必须关闭当前工程才可以新建另外一个。
打开一个已经存在的工程。
如果当前已经有一个新的工程，必须关闭当前工程才可以打开另外一个。
保存当前工程。
记录文件，用户可以记录当前工程的一些设置。
拷贝当前图像窗口的内容到剪贴板上。
声发射选项窗口，后面详细介绍声发射的选项和显示。
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颜色选项，包括背景颜色、图像颜色以及图例。
撤销功能，由于文件比较大，用户必须注意只能撤销一步。
显示应力-应变曲线对话框。
打开并行计算下的并行机地址和用户设置对话框。
设置利用工具栏上的放大和缩小比例系数以及图像移动系数。
图像复位功能，图像放大系数、变形系数、以及空间位置的复位。
网格划分对话框。
缩小图像，缩小的比例按照放缩比例系数确定。
放大图像，放大的比例按照放缩比例系数确定。
设置一种新的材料类型，包括材料、支护和开挖，以后所设置的材料都是当前材料。
停止计算，如果当前步没有计算完毕，当前步数据将会丢失。
建议用户改变计算步数，等待完成用户设定的计算步数后，程序自行停止。
启动计算程序，开始计算。
打开系统选项对话框。
设置计算步，以及边坡版本的设置。
设置边界条件。
3.3模型建立
RFPA3D-Parallel软件系统由于从设计到具体的实现过程就时刻注意到系统的可视化，所以新系统的用户界面不出现任何与数值计算方法有关的术语，用户无需掌握专门的数值计算方法，只需提供与研究对象有关的几何参数和力学参数，就可以用几何作图方式构造力学模型；
所有操作都是针对图形进行的。
用户只需利用内藏的高性能作图工具绘出结构物的图形，并为组成结构物的各个部分指定材料的力学参数，然后指定边界条件，即可进行计算分析。
3.3.1新建一个工程
对于简单的模型RFPA3D-Parallel可以直接设置，通过简单的命令可以完成，对于比较复杂的网格以及工程模型，需要采用导入的办法，从PATRAN或者ANSYS导入模型。
这里先介绍简单模型的设置。
RFPA3D-Parallel软件系统对任何一个实际模拟对象的赋值包括网格划分、边界条件、控制条件等都是基于面向用户的对话框。
首先新建一个工程，会出现一下的对话框。
RFPA3D-Parallel中每个工程都存放在一个单独的文件夹里，用户可以指定该文件夹的位置和名称。
如果这个文件夹和RFPA3D-Parallel安装目录不在同一个磁盘下，会出现提示，建议用户把工程目录放在安装目录下，以便加速文件的拷贝速度。
选择工程文件夹对话框
3.3.2材料属性的设置
在第一次划分网格时，需要设置模型的一种材料物理力学属性。
如果用户没有设置材料属性，那么就采用了程序默认的一种材料。
当然用户可以修改这种默认材料，点击
按钮，会出现材料属性的对话框：
用户可以选择实体材料、支护或者开挖体。
选择实体之后会出现材料属性设置的对话框。
材料的均质度和平均值：
对任意a<
b，在（a,b）上均匀分布的概率密度函数为：
其期望值
，这里引入一个平均分布的期望值偏差
来描述平均分布的离散程度，其中：
变换后可以知道：
f（x）
x
u-S
u
u+S
均匀分布中期望偏差的定义
定义一个变量来表示期望偏差和期望值之间的关系：
正态分布是一种比较常用的分布，可以采用期望值
和方差S来描述。
为了方便起见，这里采用一个方差系数来描述方差和期望值之间的关系：
Weibull分布的密度函数为：
分布函数为：
反函数变换：
如果
为[0，1]上的随机数，可以得到Weibull分布的随机数的计算公式：
关于均质度的详细介绍，可以参考有关RFPA的书籍和论文，您将会得到比较全面的解释。
RFPA3D-Parallel中有四种破坏准则，用户可以选择适合自己的合理的破坏准则。
RFPA3D-Parallel中把细观单元损伤分为两种，即拉伸损伤和剪切损伤。
当应变状态达到了最大拉伸应变准则引起拉伸损伤；
压应力或者剪应力导致应力状态满足剪切破坏准则，则发生剪切损伤。
对于岩石类准脆性材料，特别是在特殊细观尺度的情况下，单元主要发生拉伸损伤，因此如果细观单元同时满足剪切破坏准则和拉伸破坏准则，此时拉伸准则优先。
带拉伸破坏准则的Mohr-Coulomb准则的表达式如下：
其中
，也就是剪切破断角。
Mohr-Coulomb准则体现了岩土材料剪切破坏的实质特征，但是这类准则没有反应中间主应力的影响，不能解释岩土材料在静水压力作用下的屈服或者破坏现象。
Drucker-Prager准则，是在Mohr-Coulomb准则和Mises准则基础上扩展和推广得到，可以考虑中间主应力的影响和静水压力作用，因此RFPA-Parallel中也可以选择Drucker-Prager准则代替Mohr-Coulomb准则作为剪切破坏准则。
Drucker-Prager准则的表达式为：
Mohr-Coulomb理论的力学模型和它的数学表达式可以看到它的力学模型中含有中间主应力，但在数学建模中却丢掉了中间主应力。
它实际上只考虑了一个剪应力及其面上的正应力,也可以称之为单剪强度理论。
西安交通大学俞茂宏教授在1985年提出了着名的双剪强度理论，可以考虑两个剪应力及其面上的正应力。
在RFPA-Parallel中，也
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