FLAC3D与Python的集成 (4)---zone.Zone类和方法
1. 引言
在《FLAC3D与Python的集成 (3)---网格划分Building Blocks》一文中，介绍了Building Blocks划分网格的方法。在那个例子中使用了CylinderTSectionWithWall 模板划分网格，并且运行这个模型使之在自重应力下达到了平衡状态，同时也引入了部分it.zone模块函数的使用方法。在此基础上，本文首先模拟了开挖并且着重讨论了巷道开挖命令zone relax excavate背后的机理，然后给出了部分典型图形的输出，最后讨论zone.Zone类的使用方法。
CylinderTSectionWithWall 模板
2. Zone relax excavate命令
上一个例子中，模型在自重应力下达到平衡状态，我们使用命令model save "initial"保存了模型的初始状态，接着进行开挖模拟，使用下面的命令：
zone relax excavate range group "Space"model solve
这里"Space"是Building Blocks模块定义的组名，不能修改。zone relax excavate是模拟开挖的命令。我们过去一直使用“zone cmodel null”命令或者使用"zone cmodel delete"命令进行开挖模拟，这是一种瞬时开挖单元的做法，假定开挖区域一次全部完成。为了模拟真实的施工过程，FLAC3D引入了隧道工程中“应力松弛法”的概念，模拟巷道开挖逐步完成。
由于FLAC3D的模拟过程是使用动力学的原理来达到静态收敛，因此对模型的突然更改可能会产生准惯性（quasi-inertial）效应，可能会人为地夸大该单元的破坏。缓解这种情况的一种方法是逐渐挖掘区域，以使单元移除的影响不那么突然。为此创建了“zone relax excavate”命令。FLAC3D使用了自动的单元开挖松弛方法，使得开挖周围单元影响的影响随着时间的推移逐渐减少，松弛系数设为1到0。虽然用户可以用许多方法控制松弛曲线的形状，但FLAC3D的默认值是使用当前的mechanical force ratio（it.zone.mech_ratio）来伺服控制的。此命令是基于单元的应用条件，可逐渐减小该范围内区域的应力，刚度和密度，直到它们对模型产生影响，当松弛系数达到0时，单元设置为空本构模型NULL, 然后去掉开挖单元。
3. 图形显示
当计算完成后，图形输出可以直接在FLAC3D的环境下进行，如果不是批处理执行文件命令的话，不需要在数据文件中加入绘图命令。FLAC3D所有的图形输出都可在这个图形面板内完成。
下面是这个例子部分图形的输出，这也是计算后经常需要观察的一些图。
（1）单元分组图，不同的组别显示不同的颜色
（2）塑性状态图，不同的破坏状态显示不同的颜色
（3）单元位移等值线图，不同的颜色显示不同的位移量
（4）最小主应力图，不同颜色显示单元的最小主应力值
4. it.zone.Zone类的方法
在《FLAC3D与Python的集成 (3)---网格划分Building Blocks》中，我们演示了it.zone函数的用法，it.zone是针对整个模型而言的。相对而言，it.zone.Zone是针对一个特定单元而言的。在昨天的例子中，我们演示了下面这些函数的用法。
it.zone.list()it.zone.count()it.zone.mech_convergence()it.zone.mech_ratio()it.zone.mech_ratio_avg()it.zone.mech_ratio_local()it.zone.mech_ratio_max()it.zone.unbal()it.zone.maxid()it.zone.find ()
如果运行下面的代码：
zone_maxid = it.zone.find(it.zone.maxid())print(type(zone_maxid))
可以发现, zone_maxid的类型是'itasca.zone.Zone'，这是一个类，不是一个字典或列表，因此我们必须使用方法来返回或赋予该单元的值。下面是试验的一些例子：
print(zone_maxid.density())print(zone_maxid.geom_test())print(zone_maxid.id())print(zone_maxid.vol_deformed())print(zone_maxid.vol())print(zone_maxid.type())print(zone_maxid.props())
itasca.zone.Zone 类下的方法非常多， 下面仅列出固体材料的方法， 流体和热的方法以后单独描述。
adjacent_zones()aspect()condition()copy_to(destination: itasca.zone.Zone)create_interface_element(face_index: int, interface_name: str)density()extra(slot: int)face_areas()face_extra(face_index: int, extra_index: int)face_find(gp0, gp1, gp2)face_find_normal(normal: vec3)face_group(face_index: int, slot='Default')face_group_remove(face_index: int, group_name: str)face_in_group(face_index: int, group_name: str, slot='Default')face_normals()faces()geom_test()gridpoints()group([slot: str])group_remove(group_name: str)groups()has_prop(property_name: str)hysteretic_props()id()in_group(group_name: str[, slot: str])live()model()model_init()num_gp()ortho()overlays()planarity()plane_traction(vdir: vec3)pos()pos_x()pos_y()pos_z()prop(property_name: str)props()rotation()rotation_rate()set_density(value: float)set_extra(slot: int, value: any)set_face_extra(face_index: int, extra_index: int, value: any)set_face_group(face_index: int, group_name: str, slot='Default')set_group(group_name: str[, slot: str])set_model(value: string)set_pp(value: float)set_prop(property_name: str, value: any)set_state(state: int)set_stress(stress: stens3)set_work_elastic_shear(value: float)set_work_elastic_vol(value: float)set_work_plastic_shear(value: float)set_work_plastic_vol(value: float)state(average: bool)strain()strain_rate()strain_shear_inc()strain_shear_rate()strain_vol_inc()strain_vol_rate()stress()stress_int()stress_max()stress_min()stress_prin()stress_prin_dir()stress_prin_x()stress_prin_y()stress_prin_z()test_quality()tet_strain_rates()tet_strains()tet_stresses()tet_volumes()tets()type()valid()vol()vol_deformed()work_elastic_shear()work_elastic_total()work_elastic_vol()work_plastic_shear()work_plastic_total()work_plastic_vol()
5. 结束语
本文主要描述了开挖命令zone relax excavate的工作机理以及zone.Zone类具有的方法。it.zone模块是针对整个模型而言的，it.zone.Zone类是针对特定单元而言的。
