多心圓隧道用FLAC3D直接建模的方法

1、多心圓隧道直接用FLAC3D建模丁其樂 2013/6/18多心圓隧道模型使用 FLAC3D建模的難點(diǎn)在于FLAC3D中并沒有以不規(guī)則曲線為邊界的原 始3D基本網(wǎng)格，隧道的斷面圖見圖一O4隧道內(nèi)輪廓線是由多個(gè)圓弧做成的，所以內(nèi)部區(qū)域模型只能通過3D基本網(wǎng)格拼接而成，這時(shí)我想到了使用cylinder （圓柱體形網(wǎng)格）拼接，但是這個(gè)圓弧的圓心并不是一個(gè)點(diǎn)，怎么 辦？這時(shí)我想到了通過 fish來調(diào)整圓心位置，使得各圓弧的圓心都調(diào)整到O1位置，同時(shí)又要保證各圓弧的圓弧線不變，且內(nèi)部網(wǎng)格點(diǎn)的相對(duì)位置不變。下面我以一個(gè)簡(jiǎn)單的例子來說明我調(diào)整的過程：圖二在圖二中圓弧 O1AB的圓心為O1,圓心坐標(biāo)為（X1,Z

2、1 ），現(xiàn)在通過坐標(biāo)調(diào)整把圓弧 O1AB 所占區(qū)域調(diào)整到 O2AB （如上圖所示），O2的坐標(biāo)為（X2 , Z2），同時(shí)O1A上面一點(diǎn)M1 , 調(diào)整之后在 O2A上為M2。 A和M1的坐標(biāo)分別為 A（Ax,Az）和M1（M1x,M1z）。|O1M1|O1A|(i)|M1A|O1A|= 1-k(2)M2的坐標(biāo)為M2x,M2y則：M 2x M1x = k (O2xO1x)(3)M2z-M1z = k(O2z-O1z)(4)由(3)、(4)就以求出來 M2的坐標(biāo)。下面用一個(gè)簡(jiǎn)單的例子說明實(shí)現(xiàn)代碼。newtitle調(diào)整圓弧區(qū)域到指定位置;定義參數(shù)def para;O1的平面坐標(biāo)O1x=-2.9O1z=

3、0;O2的平面坐標(biāo)O2x=0O2z=0r1=5.9; O1的半徑a1=0*degrad ;A點(diǎn)與X軸的夾角a2=30*degrad ;B點(diǎn)與X軸的夾角;A B點(diǎn)的坐標(biāo)Ax=r1*cos(a1)+O1xAz=r1*sin(a1)+O1zBx=r1*cos(a2)+O1xBz=r1*sin(a2)+O1zendpara;生產(chǎn)模型調(diào)整'原始'為了gen zo cyl p0 (O1x,0,O1z) p1 (Ax,0,Az) p2(O1x,1,O1z) p3(Bx,0,Bz) size 4 1 6 group gen zo cyl p0 (O1x,2,O1z) p1 (Ax,2,Az)

4、p2(O1x,3,O1z) p3(Bx,2,Bz) size 4 1 6 group 對(duì)比而建;調(diào)整節(jié)點(diǎn)位置def dingpg=gp_headloop while gp_group(pg,1)='調(diào)整'xx=gp_xpos(pg)zz=gp_zpos(pg)k=sqrt(xx-O1x)A2+(zz-O1z)A2)/r1 k1=1-kgp_xpos(pg)=k1*(O2x-O1x)+xx gp_zpos(pg)=k1*(O2z-O1z)+zz pg=gp_next(pg)end_loopenddingpl bl gr結(jié)果圖三圖三從圖中可以看出來兩個(gè)區(qū)域的圓弧線完全一樣，但是圓心

5、和對(duì)應(yīng)的節(jié)點(diǎn)已經(jīng)調(diào)整到了我們想要的位置?？朔诉@個(gè)難關(guān)，再建立多心圓隧道的模型就簡(jiǎn)單多了。下面給出圖一模型的代碼：newtitle隧道建模;定義參數(shù)def set_para;O1的平面坐標(biāo)O1x=0O1z=0;O2的平面坐標(biāo)O2x=2.9O2z=0;O3的平面坐標(biāo) O3x=-1.70 O3z=-1.40;O4的平面坐標(biāo)O4x=0 O4z=3.66 r1=3.0;O1的半徑r2=5.9;O2的半徑r3=1.09;O3 的半徑r4=6.44;O4 的半徑a1=90*degrad a2=180*degrad a3=197*degrad a4=251*degrad a5=270*degrad d=0.

6、5;襯砌的厚度end set_para ;各關(guān)鍵點(diǎn)的坐標(biāo) def keypoint;襯砌內(nèi)層關(guān)鍵點(diǎn) x1=r1*cos(a1)+O1x z1=r1*sin(a1)+O1z x2=r2*cos(a2)+O2x z2=r2*sin(a2)+O2z x3=r3*cos(a3)+O3x z3=r3*sin(a3)+O3z x4=r4*cos(a4)+O4x z4=r4*sin(a4)+O4z x5=r4*cos(a5)+O4x z5=r4*sin(a5)+O4z ;襯砌外層關(guān)鍵點(diǎn) x6=(r1+d)*cos(a1)+O1x z6=(r1+d)*sin(a1)+O1z x7=(r2+d)*cos(a2)

7、+O2x z7=(r2+d)*sin(a2)+O2z x8=(r3+d)*cos(a3)+O3x z8=(r3+d)*sin(a3)+O3z x9=(r4+d)*cos(a4)+O4x z9=(r4+d)*sin(a4)+O4z x10=(r4+d)*cos(a5)+O4xz10=(r4+d)*sin(a5)+O4z；圍巖外層關(guān)鍵點(diǎn)x11=0z11=6x12=-6z12=6x13=-6z13=0x14=-6z14=-2.4x15=-6z15=-4.8x16=-6z16=-6x17=-4.8z17=-6x18=-2.4z18=-6x19=0z19=-6endkeypoint;調(diào)整節(jié)點(diǎn)位置def

8、set_position pg=gp_head loop while pg#nullinnerID=int(gp_group(pg,1) caseof innerID case 1Bef_centreX=O1xBef_centreZ=O1zEnd_centreX=O1xEen_centreZ=O1z R=r1 case 2Bef_centreX=O2xBef_centreZ=O2zEnd_centreX=O1xEen_centreZ=O1z R=r2 case 3Bef_centreX=O3xBef_centreZ=O3z;調(diào)整前的圓心坐標(biāo);調(diào)整后的圓心坐標(biāo);調(diào)整前的圓心坐標(biāo);調(diào)整后的圓心坐標(biāo)

9、;調(diào)整前的圓心坐標(biāo);調(diào)整后的圓心坐標(biāo)End_centreX=O1xEen_centreZ=O1zR=r3case 4Bef_centreX=O4x;調(diào)整前的圓心坐標(biāo)Bef_centreZ=O4zEnd_centreX=O1x;調(diào)整后的圓心坐標(biāo)Een_centreZ=O1z R=r4 endcase xx=gp_xpos(pg) zz=gp_zpos(pg) dist=sqrt(xx-Bef_centreX)A2+(zz-Bef_centreZ)A2) k=dist/R k1=1-kgp_xpos(pg)=(End_centreX-Bef_centreX)*k1+xx gp_zpos(pg)=(

10、End_centreZ-Bef_centreZ)*k1+zz pg=gp_next(pg) end_loopend;生成模型;生成內(nèi)部洞室區(qū)域gen zo cyl p0(O1x,0,O1z)p1(x1,0,z1)p2(O1x,1,O1z) p3(x2,0,z2) size6 110 group 1;01扇形gen zo cyl p0(O2x,0,O2z)p1(x2,0,z2)p2(O2x,1,O2z) p3(x3,0,z3) size6 14group 2;O2扇形gen zo cyl p0(O3x,0,O3z)p1(x3,0,z3)p2(O3x,1,O3z) p3(x4,0,z4) size

11、6 12group 3;O3扇形gen zo cyl p0(O4x,0,O4z)p1(x4,0,z4)p2(O4x,1,O4z) p3(x5,0,z5) size6 14group 4;O4扇形set_position;調(diào)整節(jié)點(diǎn)位置group inner;重命名;生成襯砌gen zo cshell p0 (O1x,0,O1z) p1 (x6,0,z6) p2(O1x,1,O1z) p3(x7,0,z7) p8 (x1,0,z1) p9(x2,0,z2) & p10 (x1,1,z1) p11(x2,1,z2) size 1 1 10 6 group linner ;01 圓環(huán)gen z

12、o cshell p0 (O2x,0,O2z) p1 (x7,0,z7) p2(O2x,1,O2z) p3(x8,0,z8) p8 (x2,0,z2) p9(x3,0,z3) & p10 (x2,1,z2) p11(x3,1,z3) size 1 1 4 6 group linner ;02 圓環(huán)gen zo cshell p0 (O3x,0,O3z) p1 (x8,0,z8) p2(O3x,1,O3z) p3(x9,0,z9) p8 (x3,0,z3) p9(x4,0,z4) & p10 (x3,1,z3) p11(x4,1,z4) size 1 1 2 6 group li

13、nner ;03 圓環(huán)gen zo cshell p0 (O4x,0,O4z) p1 (x9,0,z9) p2(O4x,1,O4z) p3(x10,0,z10) p8 (x4,0,z4) p9(x5,0,z5)& p10 (x4,1,z4) p11(x5,1,z5) size 1 1 4 6 group linner ;04 圓環(huán);生成圍巖gen zo radcyl p0 (O1x,0,O1z) p1 (x11,0,z11) p2(O1x,1,O1z) p3(x13,0,z13)p6(x12,0,z12) p7 (x12,1,z12) p8 (x6,0,z6) &p9 (x7,

14、0,z7) p10(x6,1,z6) p11(x7,1,z7) size 7 1 10 3 group rock ;01 圍巖gen zo radcyl p0 (O2x,0,O2z) p1 (x13,0,z13) p2(O2x,1,O2z) p3(x15,0,z15)p6(x14,0,z14) p7 (x14,1,z14) p8 (x7,0,z7) &p9 (x8,0,z8) p10(x7,1,z7) p11(x8,1,z8) size 7 1 4 3 group rock ;02 圍巖gen zo radcyl p0 (O3x,0,O3z) p1 (x15,0,z15) p2(O3x

15、,1,O3z) p3(x17,0,z17)p6(x16,0,z16) p7(x16,1,z16) p8 (x8,0,z8) &p9 (x9,0,z9) p10(x8,1,z8) p11(x9,1,z9) size 7 1 2 3 group rock ;03 圍巖gen zo radcyl p0 (O4x,0,O4z) p1 (x17,0,z17) p2(O4x,1,O4z) p3(x19,0,z19)p6(x18,0,z18) p7 (x18,1,z18) p8 (x9,0,z9) &p9 (x10,0,z10) p10(x9,1,z9) p11(x10,1,z10) siz

16、e 7 1 4 3 group rock ;04 圍巖gen merge 0.01;合并同一位置節(jié)點(diǎn)gen zo ref norm 1 0 0;映射pl bl gr模型結(jié)果如圖四所示:圖四從圖四中可以看出隧道的內(nèi)輪廓線和設(shè)計(jì)的一致，符合實(shí)際情況。然而有很多人直接用cylinder模塊建模，他們往往是直接指定幾個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)，把每個(gè)圓弧區(qū)域的圓心都指定在O1處，我以在仿真論壇里看到很多網(wǎng)友這樣的實(shí)例。下面我以他們的思路來建立O2區(qū)域的模型。他們也許是這樣：Gen zo cyl p0 0 0 0 p1 -3 0 0 p2 0 1 0 p3 -2.742 0 -1.725 group their'再給出原始的扇形區(qū)域作為參考Gen zo cyl p0 2.9 3 0 p1 -3 3 0 p2 2.9 4 0 p3 -2.742 3 -1.725 group primitive '對(duì)比圖如圖五圖五從圖五中能夠看出用這種方法建立的模型輪廓線已經(jīng)與原來的圓弧形不一致，這種方法建立的模型只能算作一種與設(shè)計(jì)圖的近似，究竟這種近似與真實(shí)的情況相差多少還沒人研究，所以我