3DEC

 

 

3DEC3-Dimension Distinct Element Code)是世界范围内第一款以非连续介质力学模拟作为目标,采用离散单元法作为基本理论进行定制开发并商业化的三维分析程序,特别适用于因不连续界面导致变形和破坏现象的机制性研究,如节理岩体、砌体结构等。类似于FLAC3DFLAC之间的发展演变关系,3DEC程序承袭了UDEC的基本核心思想,本质上是对二维空间离散介质力学描述向三维空间延伸的结果。

       计算原理的先后沿承关系决定了3DEC程序承袭了UDEC程序所具有的技术特征和功能优势,但不可否认二者在处理具体技术环节时所采用的解决方案可能存在不同,这些异同主要表现在:

  • —  与UDEC程序一致地,3DEC以朴素的思想看待介质离散构成特征,将其视为连续性特征(如岩块)、和非连续性特征(如结构面)两个基本单元的集合统一体,并以成熟力学定律分别定义这些基本元素的受力变形行为;
  • —  3DEC采用凸多面体来描述介质中连续性对象元素(如岩块)的空间形态,并通过若干凸多面体组合表达现实存在的凹形连续性对象,此外,非连续性特征(如结构面)则以曲面(三角网)加以表征;
  • —  表征连续性特征对象的凸多面体可以服从可变形、或刚醒受力变形定律,如为可变形体,则采用与FLAC/FLAC3D完全一致的快速拉格朗日方案进行求解。连续性特征对象之间通过边界(非连续特征)实现相互作用,描述边界曲面受力变形可遵从多种荷载——变形力学定律(即接触定律),力学定律可以模拟凸多面体之间在公共边界处相互滑动或脱开行为;
  • —  在特定条件下,3DEC程序亦可蜕化为UDEC程序,尽管3DEC程的开发初衷是描述三维空间离散介质的力学行为,但程序同样具备二维空间即平面分析能力,如3DEC程同时提供平面应力、平面应变分析解决手段。

       尽管连续力学方法中也可以处理一些非连续特征,比如有限元中的节理单元和FLAC/FLAC3D中的Interface(界面单元),但包含了节理单元和界面单元的这些连续介质力学方法与3DEC技术存在理论上的本质差别,具体表现在3DEC为非连续介质的描述与模拟提供了一整套针对性专有技术手段,典型如节理网格模拟、接触搜索与识别等。如将介质理想地看待为几何连续体,此时3DEC程序可蜕化为FLAC/FLAC3D等连续力学方法,只描述连续性对象即可,即3DEC程序支持依据介质几何连续性性质在连续、与非连续之间切换,表现出强大的通用程序特征。