软件标签：3DEC
3DEC 是一种数值建模软件，用于对土壤、岩石、块状结构、地下水和结构支护进行三个维度的高级工程分析。 3DEC 模拟不连续介质（例如节理岩石或砖石结构）承受静态或动态载荷的响应。不连续介质被建模为多面体块的组合，这些块可以是刚性的，也可以通过分区使其变形。 裂缝被视为块之间的边界条件。 沿不连续点的运动受法向和剪切方向运动的线性和非线性力-位移关系控制。3DEC中的选项允许用户选择程序的功能以满足他们自己的分析需求，免费提供有限元结构衬里选项。更多的选项包括动态分析，3DEC模拟系统（土壤、岩石和结构）对来自外部（例如地震）源或内部（例如振动或爆破）源的激励的非线性响应。3DEC 中 的热选项允许模拟瞬态热传导,用户定义的本构模型 (UDM) 可以用 C++ 编写，用于可变形块材料（区域）和任何不连续性（接头、断层、层理、人造表面），以计算新的应力、位移和应变，用于修改过的现有材料模型或完全定制的材料行为。
3DEC新功能
一、模型构建
新的自动块和区域生成工具、墙块、Voronoi生成器和新的导出选项。
1、同的高级网格划分库。这提供了更快的网格划分和对3DEC区域网格的大小、渐变和质量的更好控制。它还可以直接从几何体自动构建模型。
几何可用于构建模型如下。
通过使用BLOCK GENERATE BY-GEOMETRY命令填充四面体块，直接从单个封闭几何体构建模型。
通过在前面的命令中添加MERGE关键字，可以将四面体块转换为区域。
具有相同组名的块可以合并在一起以在单个块内形成多个区域。这种方法比使用JOIN命令快2-3倍。
可以使用几何体切割块以创建更复杂的块形状。几何表面的每个面代表一个“关节”，并切割它接触的任何块。这样，几乎任何几何形状都可以切割成3DEC模型。
现在可以通过使用虚拟现实建模语言(VRML)2.0文件格式导入凸面闭合实体来创建块。这对于砖石结构的建模特别有用。
可以从几何体导入梁、索和桩结构元素。在Rhino 3D或其他CAD工具中设计您的地面支撑布局，并轻松将其导入3DEC。
3DEC可以从这些数据文件格式导入几何图形或几何数据*。
AutoCAD绘图交换(DXF)
立体光刻(STL)
伊塔斯卡几何(GEOM**)
2、维诺生成器
使用随机Voronoi块生成模型，这些块可以填充由几何集定义的单个封闭凸体积。当超过Voronoi块之间的连接强度时，Voronoi块对于模拟随着损坏（压裂）进展的裂纹扩展特别有用。
Voronoi算法在几何集上和几何集内随机分布点。Voronoi块是通过构建在所有种子之间创建的Delaunay三角剖分的所有段的垂直平分线来创建的。块在几何集的边界处被截断。可以使用MAXIMUM-EDGE和MINIMUM-EDGE关键字控制两个种子之间的距离。
3、导入和导出模型
新的3DEC 7二进制文件格式使导入和导出块和区域变得更容易和更快。也可以使用ASCII文件格式。
将3DEC区域和关节导出到文件以创建FLAC 3D 7区域和界面。
在PFC 6中将3DEC块/区域导出到刚性块。
将3DEC刚性块的截面（沿指定的剖切面）导出到UDEC 7模型。
*3DEC能够导入和定义任意几何数据（即CAD数据）作为连接多边形、边和节点的集合。多边形由一系列边定义，边由两个节点定义。几何数据也可以通过命令或脚本在3DEC中创建和修改，并在绘图中用作过滤器（范围逻辑）或用于可视化（作为参考图像或用于数据绘制/轮廓）。
**Itasca定义的格式(*.geom)，可保留其他元数据（例如，组名称、FISH额外变量等）。ASCII文本和二进制格式均可用。
二、用户界面
更新了用户界面、布局和交互工具。
1、一般的
重要通知和最近项目文件的扩展启动对话框。
新的控制集显示全局FISH符号和值，包括在循环期间。
简化的文件菜单项。简化模型导入（从3DEC 7、Griddle或几何体）和导出（到3DEC 7、FLAC 3D 7、PFC 6和UDEC 7）。
2、帮助和文档
根据命令提示符或数据文件中的鼠标光标位置，通过F1键访问响应式HTML文档。
文档在内置窗格中可用。
也可以在系统默认浏览器中查看文档。内置窗格或系统浏览器的使用由用户偏好设置。
访问内嵌帮助[Ctrl+空格键]以自动完成命令。
我们的网站http://docs.itascacg.com上提供了3DEC 7、FLAC 3D 7和PFC 6文档的副本。
3、绘图
通过标签（组、材料、材料模型、状态、属性等）或等高线（位移、应力、速度、温度等）简化绘图。
活动绘图项的属性现在显示在绘图项列表下方。
以交互方式重新排序、复制和粘贴绘图项目列表中的绘图项目。
在绘图之间复制和粘贴绘图项目。
通过关键字同步绘图。对一个图中的绘图视图所做的更改会自动应用于任何同步的绘图。
使用预设绘图视图并添加您自己的视图。
复制并粘贴绘图视图数据。
现在可以绘制所有量的轮廓（例如，应力和应变）。
大多数绘图项目包括映射到其他坐标的能力，以及使用夸大变形绘图以突出小应变模型中的大位移的能力。
三、新的关节模型
包括几个新的关节模型，以及新的可选蠕变关节模型。
1、软化-愈合Mohr-Coulomb联合模型
Mohr-Coulomb联合模型在用于模拟联合模型中的地震活动时存在以下不足。
滑动开始时应力下降是瞬时的——剪切强度从峰值瞬间下降到残余值。这意味着所有滑动事件都是地震事件。
一旦发生滑动，断层上的强度就无法恢复到峰值。这意味着粘滑行为是不可能的
对于地震活动建模，现在可以使用Softening Healing Mohr-Coulomb模型。它基于标准的Mohr-Coulomb模型，并添加了两个元素。
当接头开始滑动时，剪切强度（例如，内聚力和摩擦力）在用户指定的临界滑动距离D c上从峰值演变为剩余值。
当滑动停止时，剪切强度瞬间恢复到峰值。
张力不会软化或愈合。当超过强度时，拉伸强度立即下降（即没有软化），拉伸强度保持在残余值（即没有愈合）。膨胀(ψ)的行为方式与内聚力或摩擦力相同。
对于防滑接头，内聚力和摩擦力的值是峰值。当超过强度时，强度是滑动距离的函数。当滑移距离超过临界滑移距离时，使用内聚力和摩擦力的残差值。有两种用于剪切强度演变的公式，线性和非线性。对于非线性公式，指数(α>1)指示强度下降的严重程度。
2、双线性Mohr-Coulomb联合模型
双线性Mohr-Coulomb联合模型有两个不同的剪切强度包络线。当超出正常应力的临界水平时，破坏包络线会发生变化。默认情况下，法向应力阈值在两个破坏包络的交点处自动计算，但用户可以覆盖此默认值并指定任何值。
峰值和残余剪切强度都可以有双线性包络，并且峰值和残余的正应力阈值可能不同。也可以指定两个不同的膨胀值，这样当超过残余法向应力阈值时膨胀角会发生变化。如果没有给出高法向应力(ψ2)的膨胀角，则其值默认为低应力区域(ψ1)的膨胀。
3、幂律爬行关节模型
不连续性中的蠕变行为具有不同的性质，具体取决于接头表面（平面或粗糙）和填充材料（规格）。
在未填充的不连续性中，可以区分两种机制，具体取决于接头表面特征。
在平面接头中，蠕变位移主要由粘附摩擦机制控制[Bowden和Curran 1984]。
在粗糙的接缝中，蠕变位移是由于粗糙处的应力集中导致滑动，因为粗糙会逐渐屈服并且剪切应力重新分配到其他完整的粗糙处[Schwartz和Kolluru 1982，Ladanyi 1993]。
岩石接缝可能会自然地充满摩擦或粘性材料，这些材料通常质量较差。在这种情况下，蠕变主要由填充材料的特性控制[Höwing和Kutter 1985，Malan等人。1998年]。
为了模拟由于填充材料引起的蠕变，3DEC对节点单元使用了诺顿定律的改编版本——通常用于模拟软岩在剪切载荷下的蠕变行为。
3DEC中幂律蠕变接头模型的特征在于剪切方向上的粘弹塑性行为和法线方向上的弹塑性行为。假设粘弹性元件和塑性元件串联作用。粘弹性行为符合诺顿定律。塑性行为对应于Mohr-Coulomb关节模型。
四、改进的命令和FISH
命令和FISH语法经过重新设计，更易于学习和使用。FISH语言扩展了新的内在函数、类型和语句。
修订后的命令和FISH语法是自3DEC于1988年首次发布以来对命令系统的第一次大修。新语法解决了30多年来出现的许多不一致和神秘的语法。在第7版中，所有命令和FISH函数都遵循以下模式：NOUN-VERB-OPTIONS-MODIFIERS-RANGE（例如，BLOCK APPLY VELOCITY RANGE POSITION-X 0 10）。在5.2版本中，没有必要输入整个单词。这种新系统具有以下优点。
很清楚每个命令（块、面、网格点等）所操作的内容。
命令和FISH与FLAC 3D 7和UDEC 7尽可能相似（并且在许多情况下相同），以方便用户在程序之间切换。
新系统允许之间的耦合模型FLAC 3D，PFC，和3DEC。
新系统允许并行软件开发。例如，3DEC 7中已经内置了FLAC 3D结构元素的使用。
语法的规范化允许将命令和FISH参考文档与代码（如下所述）集成。
1、增强的文档和帮助
上下文帮助：当您的光标位于命令或FISH函数上时按F1可访问该项目的参考文档。
智能命令完成（内联帮助）。键入命令时使用Ctrl+Space可以查看和插入当前光标位置可能出现的关键字列表中的下一个关键字。
2、自动转换工具
编辑菜单上提供了一个名为“3DEC命令转换...”的自动文件转换工具。
在进行转换之前，将在与数据文件相同的目录中名为“pre-conversion”的文件夹中制作文件的备份副本。数据文件将在磁盘上转换，然后重新加载到文本编辑器中。
在某些情况下，转换工具无法将5.2版命令转换为7.0版。在这些情况下，相关命令的问题部分将在数据文件中被“%%”符号包围，并以橙色突出显示。可用时，将显示解释性信息、评论并以橙色突出显示。这些命令需要手动编辑才能完成转换。提示：将光标放在有问题的命令所在的行中，然后按F1直接访问该命令的帮助。
五、更强大的脚本
多线程FISH和Python均可用于所有脚本目的。
1、一般的
新的变量类型包括：
布尔值；
对称张量（例如，应力和应变）；
矩阵（带有内置函数来求逆、乘法等）；
Map（关联数组）；和
结构。
的FISH的foreach构建现在可以用于3DEC对象（块，区域，格点），而不是指针，从而大大简化了FISH脚本。
FISH函数现在可用于所有3DEC对象，包括结构元素。
添加了许多新的数学、系统实用程序、列表、矩阵、字符串和其他内在FISH函数。
使用赋值运算符（=、+=、-=、*=或/=）简化脚本编写，其中fred+=var1等效于fred=fred+var1。
数据文件文本编辑器已得到改进，具有更好的突出显示、可见行号和代码折叠（即折叠和展开代码段）。
2、多线程FISH
该FISH脚本语言现在是多线程的，从而导致更快的执行功能。为了充分利用多线程FISH，添加了新的LIST数据类型、SPLITTING语法和OPERATORS。
3、Python脚本
Python编程语言嵌入在最新版本的PFC、FLAC 3D和3DEC中。Python是一种流行的通用编程语言，对科学和数值编程有很好的支持。Python数据文件和模型（例如，区域、块、球、刚性块等）之间的交互也可以使用itascaPython模块进行。
所有FISH函数也可用作Python方法
使用Python数据文件或内置于3 DEC中的增强型交互式IPython控制台
IPython控制台提供了一组强大的工具：
基于GUI的脚本外壳
交互式数据可视化
综合对象检查
Python脚本并行处理
稳健的错误处理
4、科学绘图
使用Matplotlib创建自定义出版物质量图形，这是一个Python 2D绘图库，可生成各种硬拷贝格式和跨平台交互环境的图形。绘图类型包括线条、条形图、饼图、极坐标图、统计图、等高线图、场图和大量专业图表。
5、电力计算
使用NumPy通过Python进行科学计算：
一个强大的N维数组对象；
复杂的（广播）功能；
用于集成C/C++和Fortran代码的工具；
有用的线性代数、傅立叶变换和随机数功能；和
数据库集成。
6、科学与工程
高级的、可定制的计算可通过SciPy获得，它建立在NumPy数组对象上。SciPy包含用于优化、线性代数、积分、插值、特殊函数、FFT、信号和图像处理、ODE求解器以及其他科学和工程中常见任务的模块。
7、用户界面定制
Pyside为3DEC用户界面(UI)使用的Qt库提供Python绑定。使用PySide，用户可以修改、操作或扩展3DEC UI，创建和控制自定义UI窗格，包括标签、文本框、窗格停靠和命令按钮。通过创建具有专用用户对话框的自定义应用程序来输入参数和后处理仿真结果，简化复杂问题的建模。
六、结构元素
新的混合螺栓支撑元素和对所有FLAC 3D支撑元素的访问。
地质力学分析和设计的一个重要方面是使用结构支撑来稳定土壤或岩体（即限制开挖或斜坡附近的位移）。3DEC 5.2包括四种加固类型：
接头处的局部加固（例如，销钉）
全局加固（例如，电缆）
横梁
表面支撑（例如，衬垫；作为附加选项）
3DEC 7保留了接头处的原始局部钢筋。但它现在还提供（无需额外费用）：
所有FLAC 3D结构支撑元件
梁结构元素
电缆结构元件
桩结构元件
壳结构元素
土工格栅结构元素
衬垫结构元素
混合螺栓，将销钉段添加到电缆螺栓以抵抗剪切和接头处的开裂
1、混合螺栓
3DEC混合螺栓是一种新的结构元素，旨在重现岩石螺栓的剪切和轴向行为，例如完全灌浆的钢筋、电缆螺栓和分裂组。混合螺栓将模拟轴向行为的传统索单元与断裂交叉处的局部剪切弹簧（销钉）相结合，模拟由螺栓系统（钢和水泥浆）的存在引起的剪切阻力。两种元件都可以屈服和破裂，再现了实验室测试中通常观察到的三个载荷响应阶段（弹性、屈服和塑性阶段）。
混合螺栓模型属性通常通过对垂直于接头的螺栓进行简单的剪切和拔出测试来校准。
为协助校准，提供了混合螺栓校准工具，如下所示，可以更轻松地根据实验室数据选择螺栓属性。
在此处查看：螺栓校准工具
该工具提供：
交互式控件
不同螺栓类型的默认属性（例如，钢筋、拆分组、Swellex和电缆）
力/位移数据导入
3DEC命令生成器
保存/加载参数
文档
七、和更多...
加上许多新功能和改进。
弹性有限元(FE)块（20或28节点六面体），以前是一个选项，现在包含在标准许可证中。有限元块已广泛用于混凝土拱坝的研究，因为它们可以准确有效地表示具有二次函数的弯曲形式，用于位移插值（根据Lemos等人，2008*）。
动态向导预处理地波以进行动态（选项）分析。
组和额外变量现在可用于所有对象，包括结构元素和流平面。
保存文件可以自动（可选）压缩为较小的文件大小。
保存文件将与未来的3DEC版本兼容。
使用基于视觉和属性的范围定义组已更新。
块区域数据现在可以导出为可视化工具包(VTK)文件格式，以便在ParaView中使用，这是一种功能强大的开源多平台数据分析和可视化应用程序。默认情况下，导出应力、组和位移；但是，也可能包括其他数据。
孤立刚体分析：
现在可以使用BLOCK ANALYZE-STABILITY命令考虑“孤立刚体”分析来评估开挖块稳定性。
块稳定性是通过计算块表面的安全系数来评估的。
该方法评估位于地下开挖表面的任何形状的单个3D刚性块的稳定性。该块是“孤立的”，这意味着它被分析为好像它单独存在于岩体中；其他潜在块的存在被忽略。块体作为刚体运动（在平移和旋转中），并通过节理元素与周围的连续岩体相互作用。最初，在开挖之前，块体要承受施加在其所有面上的初始应力。该方法包括计算由于开挖过程中开挖面应力释放而导致的块体移动和面应力变化。
该方法在理论上给出了与等效3DEC模拟相同的解决方案，该模拟仅具有一个位于自由表面的刚性块的开挖。然而，它更直接，因为只需要块几何形状、接头属性和应力数据。
*莱莫斯、何塞、塞尔吉奥、奥利维拉和保罗、门德斯(2008)。考虑伸缩缝影响的卡布里大坝动力特性分析。EURODYN 2008，第7届欧洲结构动力学会议，2008年7月7日至9日，南安普敦，E255，8页：https://bit.ly/3iuk8aG。
闪电小编说明：
强大高效且可靠的解决方案，连续和离散模型模拟都可能，支持大位移的数值稳定性，包括倒塌。轻松构建非常大的模型（64 位），提供12 种内置材料行为和 8 种蠕变本构模型
6个内置关节模型，自动安全系数分析，能够进行地下水流动，包括流经接头和地下水基质（即渗透性固体）流体在裂缝之间流动，充液节理中的支撑剂模拟，可实现机械-水-热耦合解决方案，适应复杂的材料和孔隙压力分布，评估服务限制状态标准，使用FISH或 Python创建自定义函数，执行热和动态分析（选项），使用可选的 C++ 用户定义模型 (UDM) 为区域和关节有效地自定义材料行为（选项）。
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