[发明专利]一种基于有限元的三维随机渗流场模拟方法及装置

权利要求书

1.一种基于有限元的三维随机渗流场模拟方法，其特征在于，包括：

(1)根据ABAQUS的CAE方式创建三维模型，将所述三维模型导出为INP文件，在所述INP文件中将材料的渗透系数与温度场变量进行关联，加入场变量语句，设置单元输出变量；

(2)利用ABAQUS自带的UTEMP子程序进行参数传递，确定能够进行参数传递的输入输出变量；

(3)假设渗透系数的值服从均匀统计分布，确定渗透系数变化范围的最小值和最大值，在UTEMP子程序自定义区域中利用Fortran语言编写程序，使用修正线性估计法生成三维随机场；

(4)调整所述三维随机场中自相关函数中渗透系数在x、y和z三个方向上的相关长度，以反映材料参数在各方向上的相关性；

(5)在不启动ABAQUS软件的情况下，通过DOS界面输入命令调用连接所述INP文件和所述UTEMP子程序，在后台进行有限元计算；

(6)打开.odb文件，输出所述三维模型的三维随机渗流场云图，以观察渗流速度在各区域的变化情况。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(1)包括：

启动ABAQUS软件，根据CAE界面方式创建三维模型，设置流体渗透/应力耦合Soils分析；

采用C3D8P孔压单元类型将所述三维模型自由划分为六面体单元，导出含所述三维模型各积分点坐标的INP文件；

在所述INP文件中修改渗透系数的设置时，将渗透系数与温度场间接建立关系，在所述INP文件中相应地方添加与温度场变量相关的语句，并将TEMP设置为单元输出变量。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，步骤(2)包括：

使用ABAQUS自带的与温度有关的UTEMP子程序中的传入变量COORDS和定义变量TEMP进行参数传递，在各所述积分点坐标处输出的温度值在数值上等价于渗透系数，能够间接实现渗透系数的随机性。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，步骤(3)包括：

假设渗透系数的取值服从均匀统计分布，并确定所述三维模型中渗透系数变化范围的最小值和最大值；

在UTEMP子程序自定义区域中利用Fortran语言编写程序，使用修正线性估计法生成三维均匀分布随机场。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，步骤(4)包括：

利用随机场表征渗透系数的空间不均匀性时，通过调整自相关函数中三个方向的相关长度，以反映材料的渗透系数在各方向上的相关性。

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(5)包括：

在不启动ABAQUS的情况下，打开DOS界面并将路径调至当前工作目录，输入命令连接所述INP文件和所述UTEMP子程序，在后台调用ABAQUS程序进行有限元计算，以提高计算效率和节约计算资源。

7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，步骤(6)包括：

在工作目录下找到并打开.odb结果文件，在结果输出选项中，选择TEMP作为输出变量，显示所述三维模型的随机渗流场云图，并观察渗流速度在各区域的变化情况。

8.一种基于有限元的三维随机渗流场模拟装置，其特征在于，包括：

模型构建模块，用于根据ABAQUS的CAE方式创建三维模型，将所述三维模型导出为INP文件，在所述INP文件中将材料的渗透系数与温度场变量进行关联，加入场变量语句，设置单元输出变量；

参数传递模块，用于利用ABAQUS自带的UTEMP子程序进行参数传递，确定能够进行参数传递的输入输出变量；

随机场生成模块，用于假设渗透系数的值服从均匀统计分布，确定渗透系数变化范围的最小值和最大值，在UTEMP子程序自定义区域中利用Fortran语言编写程序，使用修正线性估计法生成三维随机场，并调整所述三维随机场中自相关函数中渗透系数在x、y和z三个方向上的相关长度，以反映材料参数在各方向上的相关性；

计算模块，用于在不启动ABAQUS软件的情况下，通过DOS界面输入命令调用连接所述INP文件和所述UTEMP子程序，在后台进行有限元计算；

输出模块，用于打开.odb文件，输出所述三维模型的三维随机渗流场云图，以观察渗流速度在各区域的变化情况。