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應(yīng)用三維有限元分析礦體開挖與充填問(wèn)題一直是有限元應(yīng)用領(lǐng)域的一個(gè)難題。其主要困難在于，單元節(jié)點(diǎn)數(shù)目多，且剛度矩陣帶寬大，因而需要較多的計(jì)算機(jī)空間和時(shí)間，空間結(jié)構(gòu)難以用圖形方式表示出來(lái)，三維網(wǎng)格自動(dòng)劃分比較困難，特別是對(duì)于礦體形狀復(fù)雜、地質(zhì)剖面具有多分界面的復(fù)雜系統(tǒng)就更難，三維有限元分析數(shù)據(jù)準(zhǔn)備工作量巨大，難以用人工的辦法來(lái)完成。因此，開發(fā)和研制適合于礦體開挖與充填三維有限元計(jì)算前處理自動(dòng)化系統(tǒng)，讓計(jì)算機(jī)自動(dòng)完成有限元計(jì)算前處理全過(guò)程，是一項(xiàng)實(shí)用而有意義的課題。有限元計(jì)算前處理的主要作用是用盡可能少的輸入數(shù)據(jù)給計(jì)算機(jī)，通過(guò)前處理程序?qū)⑺鼈兘忉尦芍鞒绦蚰軌蚪邮艿男畔ⅲ赏暾挠邢拊治鏊仨毜臄?shù)據(jù)。
有限元分析所必須的數(shù)據(jù)可分為以下幾類：
(1)控制數(shù)據(jù)：主要控制程序計(jì)算流程，實(shí)現(xiàn)各種計(jì)算功能。例如，是實(shí)行靜力還是動(dòng)力分析，是線性還是非線性分析，采用哪種計(jì)算方法，時(shí)間載荷步如何劃分等等。
(2)節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)：輸入節(jié)點(diǎn)坐標(biāo)類型，各節(jié)點(diǎn)坐標(biāo)值，以及結(jié)點(diǎn)約束的信息。
(3)單元組數(shù)據(jù)：輸入單元組類型、該單元組單元總數(shù)、數(shù)值積分點(diǎn)選取、材料選取、材料模式、力學(xué)模式(線性或非線性)、各單元的節(jié)點(diǎn)編號(hào)(拓?fù)鋽?shù)據(jù))。
(4)材料數(shù)據(jù)：輸入各單元組材料模式所需各種材料參數(shù)。
(5)邊界條件數(shù)據(jù)：包括力邊界條件和位移邊界條件。
(6)載荷數(shù)據(jù)；輸入各種載荷情況，如集中力、分布力、重力等，它們均可設(shè)為時(shí)間的函數(shù)。上述6種數(shù)據(jù)為有限元分析所需的最基本的數(shù)據(jù)。過(guò)去，人們?cè)谟糜邢拊鉀Q實(shí)際問(wèn)題時(shí)，需要準(zhǔn)備大量的數(shù)據(jù)，花去相當(dāng)多的時(shí)間，有時(shí)占總工作量的50%。前處理第一個(gè)任務(wù)就是如何減少各種數(shù)據(jù)輸入量，僅給出一些控制參數(shù)，其它所需參數(shù)由程序自動(dòng)生成。特別是數(shù)據(jù)，它們是輸入數(shù)據(jù)量最大的部分，也是最容易出錯(cuò)的部分。前處理的另一個(gè)功能是節(jié)點(diǎn)編號(hào)優(yōu)化。采用自動(dòng)生成的節(jié)點(diǎn)編號(hào)不一定是程序運(yùn)算最優(yōu)節(jié)點(diǎn)編號(hào)。為了使矩陣帶寬優(yōu)化，提高運(yùn)算效率，增添此部分功能是很有必要的。
為解決上述問(wèn)題，研制了一個(gè)適合于礦體開挖與充填施工過(guò)程的三維有限元計(jì)算前處理自動(dòng)化系統(tǒng)AUTOFEM(3D)。該系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了三維有限元前處理各步驟和有限元分析等內(nèi)容的自動(dòng)化，通過(guò)控制平臺(tái)，菜單提示，用戶可以按方向鍵或號(hào)碼選項(xiàng)，進(jìn)行任意步驟的操作，既避免了使用者出錯(cuò)的機(jī)會(huì)，又大大提高了有限元計(jì)算的效率。
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