Python in Itasca software---Part 1

1 引言

自从5.0版本开始，Itasca的旗舰软件PFC、FLAC3D和3DEC逐渐嵌入了Python语言，之所以想起写这个题目，是由于在最近的文章【答复同学提问---如何在离散断裂网络DFN中计算RQD指标 】遇到了一点儿问题，因此不得不对Itasca软件中的Python模块作了重新回顾。在目前发展的版本中，Python模块主要用于Itasca的3个三维软件PFC3D、3DEC和FLAC3D。

2 Itasca模块

Itasca软件目前使用的Python版本是V3.6.1，IPython使用的版本是V6.2.1，尽管使用的都不是最新的版本，但不影响计算，因为我们只用到Python语言中非常小的一部分功能。当安装Itasca软件时，同时也安装了matplotlib, numpy, scipy, pyside四个Python模块。Python比Itasca软件内置的FISH语言操作灵活，功能多，例如在数值模拟时经常用到的方案优化和插值和数据可视化，使用Python比使用FISH的效率高，甚至可以使用pyside自定义用户界面。此外，Python的执行速度比FISH快，当然执行速度最快的是NumPy【Numpy与PFC的数据交换---ballarray; FLAC3D与Python的集成 (2)---数据交换至Numpy】，

Itasca模块建立了Python语言与Itasca软件之间的联系，包含了Itasca软件不同的类，例如zones, blocks, gridpoints, structural elements, balls, contacts, DFNs等，同时也包含了一些静态函数，例如计算单元数目，查找某一变量的类型等。使用Itasca模块的通用代码如下：

import itasca as itit.command ("python-reset-state false")

在导入Itasca模块之后，便可以：

(1) 在Python中执行Itasca命令；

(2) 在Python中获取或设置FISH变量；

(3) 在执行循环的过程中调用Python函数；

3 模型状态

Itasca软件的model new命令可以清除当前运行数据的所有状态，而model save和model restore可以保存和恢复模型的所有数据，但Python状态与模型状态是分离的，这意味着当使用model new 或model restore命令时，不能重新设置Python的变量值，它们驻留在内存中，同时，Python变量值也不能保存到sav文件中，Python的执行函数独立于模型状态。  

4 FLAC3D示例

下面演示了一个简单的示例。

(1) 调用itasca命令

import itasca as itit.command ("python-reset-state false")it.command("""model newmodel large-strain offzone create brick size 10 10 10zone cmodel assign elasticzone property density 2950 young 12e9 poisson 0.25cycle 1""")

(2) 单元性质操作

z_count = it.zone.count()z = it.zone.find(1)z_pos = z.pos()z_id = z.id()print("zone", z.id(), "with model", z.model(), "at", z.pos())

volume_sum = 0.0for z in it.zone.list():    volume_sum += z.vol()assert volume_sum == z.vol() * it.zone.count()

z = it.zone.near((5,5,5))z.pos()z.props()z.props()['bulk']z.prop('shear')z.set_prop('bulk', 8.5e9)