911十六周年 | ABAQUS在連續(xù)性倒塌的有限元仿真分析
16年前，2001年9月11日，美國911恐怖襲擊造成了2997人死亡，超過6000人受傷，財(cái)產(chǎn)損失至少100億美元（數(shù)據(jù)來源：維基百科）。
911事件引起了土木工程界對(duì)結(jié)構(gòu)連續(xù)性倒塌的廣泛關(guān)注，其后相關(guān)研究也不斷展開。而連續(xù)性倒塌是一個(gè)復(fù)雜的過程，從構(gòu)件的失效和碎片的沖擊到結(jié)構(gòu)整體的破壞，全過程是一個(gè)高度非線性和多物理場耦合作用的過程，而且破壞的隨機(jī)性比較大，因此研究分析中常將結(jié)構(gòu)試驗(yàn)或仿真模擬進(jìn)行簡化處理。以仿真模擬來說常用的倒塌仿真分析方法有：有限元方法、離散單元法以及通過3維建模軟件+物理引擎模擬。深圳市有限元科技有限公司是一家有十年有限元分析項(xiàng)目經(jīng)驗(yàn)的高科技企業(yè)。
有限元方法[2]
離散單元法[3]
那回到ABAQUS中連續(xù)性倒塌的分析，ABAQUS提供了一種“生死單元”的接觸技術(shù)：Modelchange，該方法可以在一個(gè)設(shè)定的時(shí)間內(nèi)讓單元失效tahoetailsandtrails.org，從而可以模擬結(jié)構(gòu)構(gòu)件失效，然后在后續(xù)的非線性動(dòng)力分析中來考察殘余結(jié)構(gòu)的響應(yīng)，再通過一定的判定指標(biāo)來判定結(jié)構(gòu)是否倒塌破壞。
注意：Modelchange目前只能用于Standard的分析計(jì)算中。
以下為實(shí)現(xiàn)步驟：
1、先在柱失效所對(duì)應(yīng)的分析步中設(shè)置柱構(gòu)件的失效時(shí)長，一般取殘余結(jié)構(gòu)自振周期的0.1倍[5]。之后設(shè)置后續(xù)結(jié)構(gòu)響應(yīng)的分析步，步長的長短需是使結(jié)構(gòu)達(dá)到穩(wěn)定或者發(fā)生倒塌，初次計(jì)算可以進(jìn)行嘗試，比如5s；
2、進(jìn)入Interaction模塊，點(diǎn)擊接觸定義，在設(shè)定的分析步下選擇Modelchange，點(diǎn)擊Continue；
3、點(diǎn)擊Region后面的箭頭，選擇想要定義失效的構(gòu)件，完成后點(diǎn)擊OK。
以前用該方法做過一個(gè)平面框架倒塌模擬的例子，效果如下：
該方法可以在ABAQUS中完成連續(xù)性倒塌的模擬，但是因?yàn)闆]有考慮構(gòu)件失效的具體原因，所以效果看起來并不是很真實(shí)，如果想進(jìn)一步更真實(shí)地進(jìn)行仿真分析，就需要定義一些材料失效的指標(biāo)，以及考慮構(gòu)件失效的外部誘因。
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寫到這里，感覺今天分享的內(nèi)容在宏大的歷史事件中顯得很渺小，不過結(jié)構(gòu)的抗連續(xù)性倒塌研究還要繼續(xù)，希望以后的結(jié)構(gòu)有強(qiáng)大的魯棒性可抵御一切自然和人為災(zāi)害。
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