CN108763625A - 一种flac3d软件前处理的方法及系统 - Google Patents

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谭彩
彭强
史永胜
张旭辉
杨文滨
徐云乾
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    • G06F30/20—Design optimisation, verification or simulation
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    • G06T19/00—Manipulating 3D models or images for computer graphics

Abstract

本发明公开了一种FLAC3D软件前处理的方法及系统，其中，该方法包括以下步骤：根据地形数据建立地形等高线图后，将地形等高线图保存为第一格式文件；将第一格式文件转化为坐标点文档后，对坐标点文档中的坐标进行插值，并生成点云文件；根据点云文件获取三维几何模型后，生成几何模型文件；根据几何模型文件对三维几何模型进行网格划分，并生成有限元模型文件；将有限元模型文件转化为FLAC3D网格文件，从而实现FLAC3D软件前处理。本发明无需使用者掌握计算机语言和编程能力，能够适用于大多的使用者，且能够缩短复杂地质模型的建模时间，提高了工作效率，可广泛应用于三维建模技术领域。

Description

一种FLAC3D软件前处理的方法及系统
技术领域
本发明涉及三维建模技术领域，尤其涉及一种FLAC3D软件前处理的方法及系统。
背景技术
FLAC3D是一款专门针对岩土工程开发的有限差分软件，广泛应用于土木建筑、交通、水利等工程的仿真领域。目前FLAC3D自带的前处理功能比较弱，虽然FLAC3D内嵌有强大的fish语言功能，可用于建立复杂地质体模型，但对一般使用者很难通过fish语言来实现。由于FLAC3D前处理模块薄弱，大部分使用者只能建立比较规整的简化模型，但这种简化模型与工程本身相差较大，难以准确地模拟工程实际情况。为建立接近工程实际情况的FLAC3D模型，许多专家学者进行了相关的研究，如胡斌和丁秀美分别利用Fortran语言或Visual Basic语言进行二次开发编写了FLAC3D的前处理程序，而史艳辉等学者利用AutoCAD和ANSYS等软件联合建立复杂地质模型，但由于这些二次开发方式要求使用者掌握相关的计算机语言与一定的编程能力，不利于一般软件使用者无法快速学习和掌握，此外，在这种方法中通过采用命令流建立复杂地质体模型耗时较长。
名词解释：
FLAC3D软件：由美国ITASCA公司开发的仿真计算软件，是二维的有限差分程序FLAC2D的拓展，能够进行土质、岩石和其它材料的三维结构受力特性模拟和塑性流动分析。
AutoCAD软件：是Autodesk(欧特克)公司首次于1982年开发的自动计算机辅助设计软件，用于二维绘图、详细绘制、设计文档和基本三维设计，现已经成为国际上广为流行的绘图工具。
dxf2xyz插件：是一款将AutoCAD的DXF格式和DWG格式文件转换为XYZ坐标文件的软件，转换后的数据按x,y,z的格式储存。
Surfer软件：是美国Golden Software公司编制的一款以画三维图(等高线，imagemap,3d surface)的软件。该软件具有的强大插值功能和绘制图件能力，使它成为用来处理XYZ数据的首选软件，是地质工作者必备的专业成图软件。
SolidWorks软件：是世界上第一个基于Windows开发的三维CAD系统，有功能强大、易学易用和技术创新三大特点。
HyperMesh软件：美国Altair公司的产品，是世界领先的、功能强大的CAE应用软件包，也是一个创新、开放的企业级CAE平台，它集成了设计与分析所需的各种工具，具有无与伦比的性能以及高度的开放性、灵活性和友好的用户界面。
ANSYS软件：是美国ANSYS公司研制的大型通用有限元分析(FEA)软件，是世界范围内增长最快的计算机辅助工程(CAE)软件，能与多数计算机辅助设计(CAD，computer Aideddesign)软件接口，实现数据的共享和交换，如Creo、NASTRAN、Alogor、I-DEAS和AutoCAD等。
ANSYS-FLAC3D插件：将ANSYS软件格式的文件转换为FLAC3D软件格式的文件。
发明内容
为了解决上述技术问题，本发明的目的是提供一种便于使用者学习和掌握的FLAC3D软件前处理的方法。
本发明的另一目的是提供一种便于使用者学习和掌握的FLAC3D软件前处理的系统。
本发明所采用的技术方案是：
一种FLAC3D软件前处理的方法，包括以下步骤：
S1、根据地形数据建立地形等高线图后，将地形等高线图保存为第一格式文件；
S2、将第一格式文件转化为坐标点文档后，对坐标点文档中的坐标进行插值，并生成点云文件；
S3、根据点云文件获取三维几何模型后，生成几何模型文件；
S4、根据几何模型文件对三维几何模型进行网格划分，并生成有限元模型文件；
S5、将有限元模型文件转化为FLAC3D网格文件，从而实现FLAC3D软件前处理。
进一步，还包括以下步骤：
将FLAC3D网格文件导入FLAC3D软件，并根据FLAC3D网格文件完成三维建模。
进一步，所述第一格式文件为后缀为*dxf的文件，采用AutoCAD软件实现步骤S1。
进一步，所述步骤S2中将第一格式文件转化为坐标点文档的步骤，采用dxf2xyz插件实现。
进一步，采用Surfer软件实现所述步骤S2中对坐标点文档中的坐标进行插值，并生成点云文件的步骤。
进一步，所述步骤S2中对坐标点文档中的坐标进行插值，并生成点云文件的步骤，具体包括以下步骤：
通过Surfer软件的Data工具获取坐标点文档后，对坐标进行插值并获得曲面网格；
通过Surfer软件的网格功能将曲面网格转化为坐标点依序排列的点云文件。
进一步，采用SolidWorks软件实现步骤S3。
进一步，采用HyperMesh软件实现步骤S4。
进一步，采用ANSYS软件实现步骤S5，所述ANSYS软件上设有ANSYS-FLAC3D转换插件。
本发明所采用的另一技术方案是：
一种扩展FLAC3D软件前处理的系统，包括：
至少一个处理器；
至少一个存储器，用于存储至少一个程序；
当所述至少一个程序被所述至少一个处理器执行，使得所述至少一个处理器实现任上述任一项的一种FLAC3D软件前处理的方法。
本发明的有益效果是：本发明无需使用者掌握计算机语言和编程能力，能够适用于大多的使用者，且能够缩短复杂地质模型的建模时间，提高了工作效率。
附图说明
图1是本发明一种FLAC3D软件前处理的方法的步骤流程图；
图2是地形等高线图的示意图；
图3是曲面网格示意图；
图4是网格划分后的三维几何模型示意图。
具体实施方式
实施例一
如图1所示，一种FLAC3D软件前处理的方法，包括以下步骤：
A1、根据地形数据建立地形等高线图后，将地形等高线图保存为第一格式文件。采用AutoCAD软件实现该步骤，所述第一格式文件为后缀为*dxf的文件。
A2、将第一格式文件转化为坐标点文档后，对坐标点文档中的坐标进行插值，并生成点云文件。采用dxf2xyz插件实现所述将第一格式文件转化为坐标点文档的步骤，采用Surfer软件实现所述对坐标点文档中的坐标进行插值，并生成点云文件的步骤。
其中，步骤A2包括A21～A22：
A21、通过Surfer软件的Data工具获取坐标点文档后，对坐标进行插值并获得曲面网格。
A22、通过Surfer软件的网格功能将曲面网格转化为坐标点依序排列的点云文件。
A3、根据点云文件获取三维几何模型后，生成几何模型文件。采用SolidWorks软件实现该步骤。
A4、根据几何模型文件对三维几何模型进行网格划分，并生成有限元模型文件。
A5、将有限元模型文件转化为FLAC3D网格文件，从而实现FLAC3D软件前处理。采用ANSYS软件实现该步骤，所述ANSYS软件上设有ANSYS-FLAC3D转换插件。
A6、将FLAC3D网格文件导入FLAC3D软件，并根据FLAC3D网格文件完成三维建模。
现结合图2至图4对上述方法进行详细说明。
参照图2，根据地形数据信息，采用AutoCAD软件先建立地形等高线图，并将地形等高线图保存为后缀为*dxf的文件。采用dxf2xyz插件将上述保存的后缀为*dxf的文件转化为坐标点文档，所述坐标点文档可通过记事本打开，并在记事本后另存为后缀为*txt的文件。采用Surfer软件中的Grid菜单下的Data工具导入上述保存的后缀为*txt的文件，对文件中坐标点进行插值，从而生成曲面网格，所述曲面网格如图3所示；在获得曲面网格后，通过Grid菜单的网格功能将曲面网格转化为点云文件，所述点云文件的后缀为*dat，所述点云文件内的坐标点依序排列。设置逗号将点云文件中的坐标点X、Y和Z分隔开后，SolidWorks软件获取并打开点云文件后，得到曲面模型，SolidWorks软件对曲面模型进行光滑处理后，获得三维几何模型，保存该模型后获得几何模型文件后缀为*.xt的文件。将*.xt输入HyperMesh软件，HyperMesh软件打开三维几何模型后进行网格划分，网格划分后如图4所示，并对三维几何模型进行简单的附参，最后将三维几何模型保存为有限元模型文件，所述有限元模型文件的后缀为*.cdb。将有限元模型文件导入ANSYS软件后，采用ANSYS-FLAC3D插件将有限元模型导出节点与单元信息后，生成FLAC3D网格文件，所述FLAC3D网格文件的后缀为*.FLAC3D，在本实施例中使用的ANSYS-FLAC3D插件为河海大学郑文堂博士编写的ANSYS-FLAC3D插件，该插件可在网上下载得到。最后将该FLAC3D网格文件导入FLAC3D软件进行操作中，从而简单方便地实现三维建模。在上述实施例中，可将多个软件结合起来，使各软件之间实现数据传输的自动化。
上述方法中通过结合多种软件协同作业，借助每种软件的优势，无需采用命令流来建立模型，极大的缩短复杂地质体模型建模的前处理时间，提高了建模的效率，且在该方法中，只需将不同格式的文件输入不同的软件中，无需使用者掌握计算机语言和编程能力，降低对使用者的要求，能够适用于大多使用者，提高了可行性和方便使用者的使用，提高使用者的效率。
实施例二
一种扩展FLAC3D软件前处理的系统，包括：
至少一个处理器；
至少一个存储器，用于存储至少一个程序；
当所述至少一个程序被所述至少一个处理器执行，使得所述至少一个处理器实现上述实施例的一种FLAC3D软件前处理的方法。
本实施例的一种扩展FLAC3D软件前处理的系统，可执行本发明方法实施例所提供的一种FLAC3D软件前处理的方法，可执行方法实施例的任意组合实施步骤，具备该方法相应的功能和有益效果。
以上是对本发明的较佳实施进行了具体说明，但本发明创造并不限于所述实施例，熟悉本领域的技术人员在不违背本发明精神的前提下还可做出种种的等同变形或替换，这些等同的变形或替换均包含在本申请权利要求所限定的范围内。

Claims (10)

1.一种FLAC3D软件前处理的方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、根据地形数据建立地形等高线图后，将地形等高线图保存为第一格式文件；
S2、将第一格式文件转化为坐标点文档后，对坐标点文档中的坐标进行插值，并生成点云文件；
S3、根据点云文件获取三维几何模型后，生成几何模型文件；
S4、根据几何模型文件对三维几何模型进行网格划分，并生成有限元模型文件；
S5、将有限元模型文件转化为FLAC3D网格文件，从而实现FLAC3D软件前处理。
2.根据权利要求1所述的一种FLAC3D软件前处理的方法，其特征在于，还包括以下步骤：
将FLAC3D网格文件导入FLAC3D软件，并根据FLAC3D网格文件完成三维建模。
3.根据权利要求1所述的一种FLAC3D软件前处理的方法，其特征在于，所述第一格式文件为后缀为*dxf的文件，采用AutoCAD软件实现步骤S1。
4.根据权利要求2所述的一种FLAC3D软件前处理的方法，其特征在于，所述步骤S2中将第一格式文件转化为坐标点文档的步骤，采用dxf2xyz插件实现。
5.根据权利要求1所述的一种FLAC3D软件前处理的方法，其特征在于，采用Surfer软件实现所述步骤S2中对坐标点文档中的坐标进行插值，并生成点云文件的步骤。
6.根据权利要求5所述的一种FLAC3D软件前处理的方法，其特征在于，所述步骤S2中对坐标点文档中的坐标进行插值，并生成点云文件的步骤，具体包括以下步骤：
通过Surfer软件的Data工具获取坐标点文档后，对坐标进行插值并获得曲面网格；
通过Surfer软件的网格功能将曲面网格转化为坐标点依序排列的点云文件。
7.根据权利要求1所述的一种FLAC3D软件前处理的方法，其特征在于，采用SolidWorks软件实现步骤S3。
8.根据权利要求1所述的一种FLAC3D软件前处理的方法，其特征在于，采用HyperMesh软件实现步骤S4。
9.根据权利要求1所述的一种FLAC3D软件前处理的方法，其特征在于，采用ANSYS软件实现步骤S5，所述ANSYS软件上设有ANSYS-FLAC3D转换插件。
10.一种扩展FLAC3D软件前处理的系统，其特征在于，包括：
至少一个处理器；
至少一个存储器，用于存储至少一个程序；
当所述至少一个程序被所述至少一个处理器执行，使得所述至少一个处理器实现权利要求1-9任一项所述的一种FLAC3D软件前处理的方法。
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