طرز کار با نرم افزار FLAC

در نسخه های قدیمی تر نرم افزار، می بایست ساخت هندسه و بقیه موارد تحلیل کاملاً بصورت برنامه نویسی (اصطلاحاً کدنویسی) به نرم افزار معرفی می شد. استفاده از این نرم افزار بصورت کدنویسی به نوبه خود پیچیدگی های زیادی داشت؛ اما با ارائه نسخه های بالاتر این نرم افزار که قابلیت مدلسازی را در محیط گرافیکی را داشتند، کار ساخت مدل و انجام تحلیل بسیار ساده تر شد. با این همه، امکان ساخت مدل های پیچیده و معرفی مدل های رفتارهای متنوع در این محیط گرافیکی تا حد زیادی وجود ندارد. با ترکیب روش کدنویسی و استفاده از محیط گرافیکی این نرم افزار، می توان علاوه بر ساده کردن و بالا بردن سرعت مدلسازی، در صورت نیاز اقدام به ساخت مدل های پیچیده نمود.

قبلا هم گفتیم که Flac 2D نرم افزاری برای ساخت مدل های دوبعدی است. بنابراین باید دقت داشت که استفاده از این نرم افزار تنها برای شرایط کرنش مجاز می باشد. در واقع تنها در شرایطی که بتوان از تاثیر جابجایی ها در یک بعد بر نتایج تحلیل چشم-پوشی کرد می توان از روش حل دو بعدی استفاده نمود. در غیر اینصورت باید از تحلیل سه بعدی و نرم افزارهای مربوطه مانند (Flac 3D) استفاده کرد.
مراحل منطقی شبیه سازی و تحلیل در نرم افزار Flac 2D به شرح زیر می باشد:

•  ساخت هندسه محیط
•  تعیین شرایط مرزی
•  معرفی خصوصیات مکانیکی و مقاومتی محیط
• اعمال نیروهای گرانش و نیروهای خارجی
•  ایجاد تعادل اولیه
• اعمال شرایط اجرایی (مانند حفاری تونل، گود، …)
• حل مجدد مدل برای استخراج نتایج

برای تعریف خصوصیات رفتاری موارد مدل ها رفتارهای متنوعی در این نرم افزار در اختیار کاربر قرار دارد. این مدل های قابلیت شبیه سازی رفتار محیط در دو حالت خطی و غیر خطی را ارائه می دهند. در ادامه، خلاصه ای از این مدل هاری رفتاری آورده شده است:

•   الاستيک-ايزوتروپيک: اين مدل رفتاري براي مواد همگني بکار ميرود که رفتار تنش-کرنش خطي دارند. با آنکه مصالح معمولي ژئوتکنيک بسيار کمي داراي رفتار الاستيک کامل هستند، با اين حال اين مدل رفتاري در روند مدل سازي مواد غير الاستيک کاربردي عمومي دارد؛ بدين صورت که در اکثر تحليل هاي عددي، از اين مدل رفتاري براي دستيابي به ديدي کلي از روند تغييرات تنش-تغييرشکل در مدل ساخته شده استفاده مي شود.
•  الاستيک-ارتوتروپيک: براي مواد الاستيکي ناهمگني که داراي سه صفحه تقارن خواص الاستيک عمود برهم مي باشد.
•  الاستيک- ايزوتروپيک متقاطع: براي مواد الاستيک ناهمگن لايه لايه (مانند اسليت)
• پلاستيسيته دراگر-پلاگر: رفتار پلاستيک ساده اي که در آن تنش برشي تسليم تابعي از ميدان تنش ايزوتروپيک مي باشد. اين رفتار کاربرد محدودي داشته و بيشتر براي مدل سازي رس نرم با زاويه اصطکاک پايين در محيط المان محدود کاربرد دارد.
•  پلاستيسيته درزه اي: مدل رفتاري که براي مواد موهر-کلمب و داراي صفحات ضعف مشخص بکار مي رود.
• موهر-کلمب نرم شونده/ سخت شونده: اين مدل رفتاري در حقيقت براي موادي بکار مي رود که داراي رفتار موهر-کلمب بوده و علاوه بر آن، مقدار مقاومت برشي آن ها قبل از مقدار گسيختگي نهايي، روندي نزولي(براي رفتار نرم شونده) يا صعودي(براي رفتار سخت شونده) دارد. مدل هاي رفتاري پلاستيک نرم شونده و سخت شونده بيشتر براي موارد خاص مانند تحليل بخش بعد از گسيختگي بکار مي روند.
•   پلاستيسيته درزه اي نرم شونده/سخت شونده: مواد داراي اين رفتار، در حقيقت همان مواد با رفتار پلاستيسيته درزه هاي ساده هستند که علاوه بر آن، خصوصيات مقاومتي ماتريکس و درزه هاي آن ها، قبل از مقدار پيک، روندي نزولي يا صعودي مي يابد.
• تسليم پلاستيسيته دوگانه: مدل توسعه يافته موهر- کلمب نرم شونده/سخت شونده که علاوه بر شبيه سازي گسيختگي برشي، قادر به شبيه سازي فشردگي بازگشت ناپذير در ماده مي باشد.
•  پلاستيسيته کم-کلي(Cam-Clay): اين مدل رفتاري براي شبيه سازي موادي بکار مي رود که مقاومت برشي و تغيير شکل آن ها، تابعي از تغييرات حجمي ماده است. اين  مدل رفتاري بيشتر براي مدل سازي پي هاي مستقر بر رس نسبتا خالص کاربرد دارد. بارزترين خصوصيت اين مدل رفتاري، ثابت نبودن مقدار مدول الاستيک در هنگام بارگذاري و باربرداري است. اين مدل رفتاري مدل تسليم پلاستيسيته دوگانه، کاربرد وسيع تري دارد.

همانطور که ديديم، مدل هاي رفتاري ذکر شده اخير هر کدام داراي خصوصيات، نقاط ضعف و نقاط قوتي هستند که بايد به آن ها توجه کرد. در هنگام شبيه سازي رفتار يک ماده در محيط عددي، براي انتخاب مدل رفتاري مناسب بايد دو نکته را مد نظر قرار داد:
الف- مهمترين و تاثير گذارترين پارامترها در پروژه، چه پارامترهايي هستند. علاوه بر اين، آيا به اين پارامترها دسترسي وجود دارد يا خير.
ب- هدف کاربردي از مدل سازي چيست.
از بين اين مدل ها، مدل رفتاري موهر-کلمب  بيشترين کاربرد را بخصوص در علوم مهندسي ژئوتکنيک دارد. علاوه بر این، اطلاعات ورودی این مدل رفتاری ساده بوده و انطباق زیادی با آزمایش ها و برداشت های ژئوتکنیکی مرسوم دارد. همچنین، در بسیاری از مسائل ژئوتکنیکی، هدف بررسی مسئله از ديدگاه مکانيزم تنش- گسيختگي است.

معيار گسيختگي موهر کلمب
اين معيار، بر پايه معادله شکست برشي موهر کلمب و همچنين حد نهايي کشش، رفتار سنگ را توصيف ميکند. اين معيار در نرم افزار FLAC 3D بر اساس سه مقدار تنش اصلي يعني σ1، σ2 و σ3 ارائه شده است؛ که در حقيقت بيان کننده بردار تنش اصلي در معيار موهر کلمب مي باشد. معادله شکست موهر کلمب در صفحه تنش هاي اصلي ماکزيمم و مينيمم بصورت زير مي باشد: