ایستاسازه
En Ar

خانه - خدمات ایستاسازه - معرفی نرم افزار FLAC

نرم افزار FLAC فلک با استفاده از روش تفاضل محدود به تحلیل مدل‌های مختلف در فضای دو بعدی می‌پردازد. این نام مخفف عبارت Fast Lagrangian Analysis of Continua یا تجزیه و تحلیل سریع لاگرانژی است. روش تفاضل محدود از پرکاربردترین روش‌های عددی در حل مسائل ژئوتکنیکی است. قابلیت فلک به حدی است که می ‌توان از آن در طراحی و تحلیل طیف گسترده‌ای از مسائل مهندسی بهره برد. این نرم‌افزار در حوزه‌های متنوعی کاربرد دارد:

  • ژئوتکنیک
  • معدن
  • مکانیک خاک و سنگ
  • تولید انرژی
  • مهندسی نفت و گاز
کاربرد نرم افزار Flac در حوزه های مختلف مهندسی
کاربرد نرم افزار FLAC در حوزه های مختلف مهندسی

فلک تحت حمایت زبان برنامه‌نویسی FISH است. با استفاده از این امکان، کاربر می‌تواند توابع مورد نیاز را به روند طراحی و تحلیل اضافه کند. مدل‌سازی در فلک به دو صورت گرافیکی و نوشتاری انجام می‌شود. کاربرانی که به تازگی کار با این نرم‌افزار را شروع کرده‌اند بهتر است در گام اول از روش گرافیکی استفاده کنند. در مراحل پیشرفته‌تر اعمال و اصلاح مستقیم دستورات در Command Bar، دقت و سرعت تحلیل را افزایش می‌دهد.

تحلیل دیوار دیافراگمی بتنی توسط نرم افزار فلک - شرکت عمرانی مهندسی ایستا سازه
تحلیل دیوار دیافراگمی بتنی توسط نرم افزار فلک

اولین نسخه ی نرم‌افزار فلک

اولین نسخه ی این‌ نرم‌افزار محبوب، ۵ سال پس از تشکیل گروه مشاوره‌ی Itasca، در سال ۱۹۸۶ میلادی عرضه شد. دکتر پیتر کاندال ـ عضو دپارتمان مهندسی عمران و معدن دانشگاه مینه‌سوتا ـ سرتیم طراحان نرم‌افزار فلک بوده است. او اولین نسخه از این نرم‌افزار را در یک میکروکامپیوتر به منظور تحلیل سریع مدل‌هایی که المان‌های بسیاری داشته‌اند طراحی کرد. در سال ۱۹۹۴ هم‌زمان با استفاده‌ی بیش از ۱۰۰۰ کاربر در سراسر جهان از فلک، FLAC3D برای نخستین بار منتشر شد. این شرکت در ادامه‌ی فعالیت‌های خود، در سال ۲۰۰۲ اولین نسخه‌ی نرم‌افزار FLAC/Slope را روانه‌ی بازار کرد.

ویژگی‌های نرم‌افزار فلک

  • تنوع مدل‌های رفتاری خطی و غیرخطی
  • امکان مدل‌سازی جریان آب زیرزمینی
  • تحلیل دینامیکی
  • شبیه سازی رفتار غیرخطی مصالح
  • شبیه سازی پدیده‌هایی هم‌چون تحکیم و خزش
  • محاسبه‌ی ضرایب اطمینان
  • مدل‌سازی انواع بارگذاری‌ها و المان‌های سازه‌ای
  • شبیه سازی تغییرشکل‌های بزرگ
  • شبیه سازی اندرکنش سازه با بستر خاکی یا سنگی خود
  • دریافت نتایج تحلیل‌ها در قالب خروجی‌های متنوع و کاربردی
  • طراحی و تحلیل سازه‌های گوناگون ازجمله تونل‌ها، خاکریزها، دیوارهای حائل و سدهای خاکی و بتنی، سازه‌های بندری، حفاری‌های زیرزمینی و شیب‌های طبیعی خاکی و سنگی
تحلیل گود پایدار شده به روش مهار متقابل با استفاده از نرم افزار فلک - ایستا سازه
تحلیل گود پایدار شده به روش مهار متقابل با استفاده از نرم افزار فلک

نرم‌افزار فلک در فضای سه ‌بعدی FLAC3D

تحلیل‌های لاگرانژی نرم‌افزار فلک در فضای دو بعدی صورت می‌گیرد. نسخه‌ی FLAC3D طراحی و تحلیل مدل‌های ژئوتکنیکی را در فضای سه بعدی انجام می‌دهد. تحلیل‌های دینامیکی و حرارتی، تحلیل خزش و قابلیت وارد کردن کد در فضای ++C از ویژگی‌های FLAC3D است.

شبیه سازی با FLAC/Slope

در بسته نرم افزاری FLAC نرم افزار پرکاربردی به نام FLAC/Slope وجود دارد که به تحلیل پایداری در شیب‌ها می‌پردازد. این نرم‌افزار توانایی مدلسازی شیب‌ها را داشته و منطقه را از لحاظ توزیع تنش، خصوصیات مکانیک سنگی و… مدل سازی می‌نماید. البته SLOPE نیز نرم افزاری بسیار کوچک بوده و توانایی مدل سازی مسائل پیچیده را ندارد. با خود نرم‌افزار FLAC می‌توان تمام کارهای FLAC SLOPE را با دقتی بیشتر انجام داد.

  • مدل‌سازی مسائل ساده‌ی پایداری شیب، مهم‌ترین و تنها قابلیت FLAC/Slope است.
  • قدرت این نرم‌افزار به‌حدی نیست که بتواند هم‌چون فلک مسائل پیچیده‌ی ژئوتکنیکی را به‌دقت حل کند.
  • کاربر می‌تواند با استفاده از خود نرم‌افزار، انواع شیب‌ها را به دقت طراحی و به آسانی تحلیل کند.
تحلیل پایدارسازی گود توسط نرم افزار FLACSlope
تحلیل پایدارسازی گود توسط نرم افزار FLAC/Slope

FLAC در دو نسخه دو بعدی (FLAC 2D) و سه بعدی (FLAC 3D) ارائه شده است. هرچند شیوه مدل سازی و تحلیل عددی در این دو نسخه تفاوت هایی جزئی دارد، اما پایه حل معادلات در این دو نسخه عملاً یکسان بوده و همچنین از الگوی یکسانی در طی مراحل شبیه سازی منطقی برخوردار هستند. نسخه دو بعدی نرم افزار برای حل معادلات و شبیه سازی در شرایط وجود کرنش صفحه ای (Plan Strain Condition) ارائه شده است. در این حالت، در واقع می توان از یکی از مؤلفه های کرنش در راستای محورهای X,Y و Z صرف نظر کرد. بدین ترتیب، مدل سازی برای صفحه عمود بر محور مورد نظر در محیط انجام می گیرد. این شرایط را می توان برای شبیه سازی شرایطی مانند تونل های متوسط و طویل، پی های نواری و… متصور شد.

FLAC 2D یک الگوی دو بعدی برای مدل سازی دارد. همچنین، معادلات به کار رفته در این نرم افزار از نوع روش عددی تفاضل محدود (FDM) می باشد. روش کلی FLAC 2D برای تحلیل شامل تقسیم بندی هندسه محیط به اجزای کوچکتر و با خصوصیات عددی یکسان و حل معادله دیفرانسیل مربوط به هر جزء تا رسیدن به تعادل نسبی است.

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

باید دقت داشت که استفاده از این نرم افزار تنها برای شرایط کرنش مجاز می باشد. در واقع تنها در شرایطی که بتوان از تأثیر جابجایی ها در یک بعد بر نتایج تحلیل چشم پوشی کرد می توان از روش حل 2 بعدی استفاده نمود. در غیر این صورت باید از تحلیل 3 بعدی و نرم افزارهای مربوطه مانند FLAC 3D استفاده کرد.

تحلیل پایداری شیب با استفاده از نرم افزار فلک - شرکت عمرانی ایستاسازه
تحلیل پایداری شیب با استفاده از نرم افزار فلک

کلیاتی درباره روش تفاضل محدود

همان‌طور که دیدیم نرم‌افزار FLAC بر اساس روش تفاضل محدود کار می‌کند. این روش در کنار روش‌های دیگری نظیر روش المان محدود، المان مرزی، المان مجزا و ترکیبی از جمله مهم‌ترین روش‌های عددی بر مبنای تئوری پیوسته و ناپیوسته به شمار می‌رود. با کمک روش تفاضل محدود می‌توان به خوبی به شبیه سازی تغییر مکان‌ها و کرنش‌های بزرگ سنگ و توده سنگ پرداخت، به خاطر همین از آن بیشتر در مسائل مکانیک سنگ استفاده می‌شود.

بر همین مبنا، نرم‌افزار فلک بیشتر در مدل‌سازی رفتار سازه‌هایی که در سنگ، خاک و دیگر مصالح مشابه حفر می‌شود کاربرد دارد. در این روش مشتقات موجود در معادله دیفرانسیل حاکم بر مسئله جایگزین مقادیر تقریبی آن‌ها در گره می‌گردد. این امر به تشکیل یک سیستم معادلات خطی می‌انجامد و با حل آن جواب تقریبی مسئله در نقاط شبکه‌ای تعیین می‌شود.

برای نصب FLAC به چه سیستمی نیاز دارید؟

آخرین نسخه‌ی نرم‌افزار فلک بر روی ویندوزهای ۳۲ و ۶۴ بیتی نصب می‌شود. نصب این نسخه نیازمند دست‌کم پردازنده‌ی دو هسته‌ای، ۱ گیگابایت رم و ۵۰۰ مگابایت فضای خالی در هارد است. امکان نصب فلک بر روی هر سه ویندوز ۷، ۸ و ۱۰ وجود دارد. به‌طورکلی یکی از مزایای این نرم‌افزار عدم محدودیت CPU برای تحلیل مدل و حافظه برای ذخیره‌ی خروجی‌های آن است.

آخرین نسخه‌های موجود در بازار

FLAC 8.0 و FLAC/Slope 8.0 آخرین نسخه‌هایی هستند که کمپانی Itasca روانه بازار کرده است. این دو نرم‌افزار به راحتی در دسترس کاربران قرار دارند. FLAC3D 6.0 آخرین نسخه سه بعدی این نرم‌افزار است.

تحلیل تونل با استفاده از نرم افزار فلک
تحلیل تونل با استفاده از نرم افزار فلک

ماژول‌های (قابلیت‌های قابل نصب) فلک

گزینه‌های مختلف فلک قابل خریداری و نصب هستند و به کاربران اجازه افزایش قابلیت‌های برنامه را می دهند:

  • ماژول دینامیکی
  • ماژول خزش
  • ماژول جریان دو فازی
  • ماژول حرارتی
  • ماژول مدل‌های شامل ++C تعریف شده توسط کاربر
بخش های مختلفی که می تواند به نرم افزار فلک اضافه شود
بخش های مختلفی که می تواند به نرم افزار فلک اضافه شود

FLAC می‌تواند به دو صورت مورد استفاده قرار گیرد: وارد كردن دستورات در خط فرمان و استفاده از رابط گرافیكی. رابط گرافیكی شرایط اجرای سریع تر فرمان‌ها را فراهم می‌كند. در حالت استفاده از خط فرمان، كاربر به اطلاعات بیشتری در مورد FLAC نیاز دارد كه برای كاربران مبتدی می‌تواند مشكل ساز باشد. زبان ورودی خط فرمان بر اساس كلمات قابل فهم است كه درك عمل آن را برای كاربر آسان می‌نماید.

هنگامی‌كه از رابط گرافیكی برای مدلسازی استفاده می‌شود، متن دستورات در قسمت برنامه نویسی آن ثبت و ذخیره می‌شود. مرسوم است که در مرتبه نخست اجرای یک پروژه از دستورات گرافیکی به علت سهولت کار با آن استفاده شده و در مراحل بعدی که نیاز به دقت بیشتر در انجام عملیات می‌باشد، از بخش دستوری کمک گرفته می‌شود. اطلاعات یك فایل FLAC به آسانی از طریق تغییر متن آن تغییر می‌یابد و چند فایل را نیز می‌توان برای اجرای مراحل مختلف یك تحلیل به یكدیگر مرتبط ساخت. این كار برای مطالعات دقیق مناسب است.

این برنامه از قابلیت‌های دیگری نیز برخوردار می‌باشد که عمده‌ترین کاربرد آن در مسائل ژئوتكنیك می‌باشد. از این برنامه همچنین برای تحلیل و طراحی در مهندسی معدن و ساختارهای زیرزمینی استفاده می گردد. این برنامه روش حل معادلات جابجایی، امكان تحلیل شكست و ریزش را كه پدیده مهمی در معدن كاری می باشد فراهم می‌سازد.

چند مورد از کاربردهای نرم‌افزار FLAC در پروژه‌های کاربردی:

  • تحلیل پایداری شیب در معادن روباز
  • بررسی نشست حاصل از حفر تونل‌های کم‌عمق در مناطق شهری
  • تاثیر روش بازکردن تونل بر پایداری آن
  • طراحی کارگاه‌های جبه کار طولانی در معادن زیرزمینی

مراحل شبیه سازی در نرم افزار Flac 2D

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 و…)
  • حل مجدد مدل برای استخراج نتایج
تحلیل تونل و پایدارسازی گود با استفاده از نرم افزار فلک - ایستاسازه
تحلیل تونل و پایدارسازی گود با استفاده از نرم افزار فلک

برای تعریف خصوصیات رفتاری مدل ها، رفتارهای متنوعی در این نرم افزار در اختیار کاربر قرار دارد. این مدل ها با قابلیت شبیه سازی رفتار محیط در دو حالت خطی و غیر خطی را ارائه می دهند:

  • الاستيک- ايزوتروپيک: اين مدل رفتاری برای مواد همگنی به کار مي رود که رفتار تنش-کرنش خطی دارند. با آن که مصالح معمولی ژئوتکنيک بسيار کمی دارای رفتار الاستيک کامل هستند، با اين حال اين مدل رفتاری در روند مدل سازی 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: جهت شبیه سازی مواد الاستيک ناهمگني که داراي سه صفحه تقارن خواص الاستيک عمود بر هم مي باشد.
  • الاستيک- ايزوتروپيک متقاطع: جهت شبیه سازی 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 مواد دارای رفتار موهر-کلمب و داراي صفحات ضعف مشخص.
  • موهر-کلمب نرم شونده/ سخت شونده: اين مدل رفتاري در حقيقت براي موادي به کار 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 به کار مي روند.
  • پلاستيسيته درزه اي نرم شونده/ سخت شونده: مواد داراي اين رفتار، در حقيقت همان مواد با رفتار پلاستيسيته درزه اي 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 به کار 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.
مدل های رفتاری متفاوت موجود در نرم افزار فلک
مدل های رفتاری متفاوت موجود در نرم افزار فلک

در هنگام شبيه سازی رفتار يک ماده در محيط عددي، براي انتخاب مدل رفتاري مناسب بايد سه نکته را مد نظر قرار داد:

  • مهم ترين پارامترها در پروژه، چه پارامترهايي هستند؟
  • آيا به اين پارامترها دسترسي وجود دارد؟
  • هدف کاربردي از مدل سازي چيست؟

از بين اين مدل ها، مدل رفتاري موهر-کلمب بيشترين کاربرد را به خصوص 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 مي کند. 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.

در نرم افزار FLAC 2D، با توجه به شرايط تنش هر زون در پايان محاسبات، وضعيت تنش زون در پوش سه بعدي تعيين شده و  براساس آن، گسيختگی يا عدم گسيختگي زون تعيين مي شود.

در زمینه طراحی و مشاوره ژئوتکنیک بیشتر مطالعه کنید : 

در زمینه بهسازی خاک بیشتر مطالعه کنید : 

در زمینه پایدارسازی گود بیشتر مطالعه کنید : 

در زمینه ابنیه و ساختمان بیشتر مطالعه کنید : 

در زمینه تخریب و خاکبرداری بیشتر مطالعه کنید : 

در زمینه مطالعات ژئوتکنیک بیشتر مطالعه کنید :

مطالب مرتبط :

سایر مقاله ها

مبحث دوازدهم مقررات ملی ساختمان (ایمنی و حفاظت کار در حین اجرا)

مبحث دوازدهم مقررات ملی ساختمان (ایمنی و حفاظت کار در [...]


بیشتر بخوانید

کنترل نیروی بلند کننده پی (آپلیفت) با استفاده از تحلیل دینامیکی (Dynamic Analysis of Uplift)

کنترل نیروی بلند کننده پی (بلند شدگی یا آپلیفت) با [...]


بیشتر بخوانید

نیروی بالا برنده یا آپلیفت چیست؟ (?What is Uplift)

Uplift به معنای بلند شدگی یا برکنِش می باشد. عامل های [...]


بیشتر بخوانید

واتر استاپ یا آب‌ بند چیست؟ (?What is WaterStop )

واتر استاپ یا آب بند چیست؟ (?What is WaterStop) آب [...]


بیشتر بخوانید