框架結(jié)構(gòu)建筑物拆除爆破模擬技術(shù)研究.doc

框架結(jié)構(gòu)建筑物拆除爆破模擬技術(shù)研究 ，該論文關(guān)于理工,建筑,道路,橋梁,公路,機(jī)械。
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框架結(jié)構(gòu)建筑物拆除爆破模擬技術(shù)研究 　　 　　摘要：本文提出了采用有限單元法和多剛體動(dòng)力學(xué)數(shù)值仿真方法相結(jié)合的仿真技術(shù)對(duì)框架結(jié)構(gòu)建筑物拆除爆破進(jìn)行模擬的方法。
該技術(shù)可對(duì)結(jié)構(gòu)的失穩(wěn)、解體、倒塌運(yùn)動(dòng)過(guò)程、堆積范圍等問(wèn)題進(jìn)行預(yù)測(cè)或再現(xiàn)，有助于提高拆除爆破設(shè)計(jì)方案的安全性和可靠性。
　　 　　關(guān)鍵詞：框架結(jié)構(gòu)建筑物拆除爆破數(shù)值模擬有限單元法多剛體動(dòng)力學(xué)1引言隨著我國(guó)城市化進(jìn)程的加快，采用爆破方法快速拆除建(構(gòu))筑物日益受到重視并被廣泛采用。
然而在當(dāng)前的爆破設(shè)計(jì)中，仍主要依靠工程師的工程經(jīng)驗(yàn)來(lái)預(yù)測(cè)結(jié)構(gòu)的倒塌過(guò)程，倒塌范圍也僅能采用經(jīng)驗(yàn)公式進(jìn)行估算。
在遇到結(jié)構(gòu)復(fù)雜的建筑物或爆破方案較為復(fù)雜的情況時(shí)，工程經(jīng)驗(yàn)及經(jīng)驗(yàn)公式便難以滿足需要。
隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，采用數(shù)值仿真的方式對(duì)建筑物拆除爆破進(jìn)行模擬已經(jīng)可以實(shí)現(xiàn)。
　　 　　建筑物拆除爆破的模擬是一個(gè)非常復(fù)雜的問(wèn)題，必須依賴于的復(fù)雜的數(shù)值計(jì)算方法以及實(shí)驗(yàn)等其它非數(shù)值手段來(lái)解決。
近年來(lái)國(guó)內(nèi)外學(xué)者普遍采用的數(shù)值計(jì)算方法主要有理論力學(xué)法、有限單元法、DDA(DiscontinuousDeformationAnalysis)方法、離散單元法、個(gè)別元素法等，非數(shù)值計(jì)算方法主要有爆破專家系統(tǒng)等，取得了一些重要成果。
本文嘗試運(yùn)用有限單元法和多剛體動(dòng)力學(xué)數(shù)值仿真方法相結(jié)合的數(shù)值仿真技術(shù)對(duì)框架結(jié)構(gòu)建筑物拆除爆破的模擬進(jìn)行了研究。
2有限元法與多剛體動(dòng)力學(xué)仿真技術(shù)建筑物拆除爆破是通過(guò)破壞建筑物的關(guān)鍵承重部位使其失去承載能力，使建筑物在自重作用下失穩(wěn)倒塌，這個(gè)過(guò)程可視為結(jié)構(gòu)由靜力平衡系統(tǒng)轉(zhuǎn)化為多剛體動(dòng)力系統(tǒng)的過(guò)程，使采用多剛體動(dòng)力學(xué)數(shù)值仿真方法和平面桿系結(jié)構(gòu)有限元法對(duì)建筑物爆破拆除過(guò)程的模擬成為可能，其仿真流程如圖1所示。
平面桿系結(jié)構(gòu)有限元法是建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中應(yīng)用最為廣泛的一種方法。
建筑物拆除爆破涉及的對(duì)象是建筑結(jié)構(gòu)，因此在建筑物拆除爆破設(shè)計(jì)中，可以運(yùn)用平面桿系結(jié)構(gòu)有限元法，對(duì)拆除過(guò)程中不同階段的結(jié)構(gòu)內(nèi)力(軸力、剪力和彎矩)進(jìn)行分析，以便為拆除爆破設(shè)計(jì)提供準(zhǔn)確的依據(jù)，提高拆除爆破設(shè)計(jì)的可靠性和準(zhǔn)確性。
　　 　　多剛體動(dòng)力學(xué)是經(jīng)典力學(xué)的基礎(chǔ)上產(chǎn)生的新學(xué)科分支，在復(fù)雜機(jī)構(gòu)的動(dòng)力分析中的應(yīng)用非常廣泛。
以多剛體動(dòng)力學(xué)為理論基礎(chǔ)的數(shù)值仿真方法將現(xiàn)實(shí)世界中的復(fù)雜機(jī)構(gòu)系統(tǒng)概化為由約束機(jī)構(gòu)聯(lián)結(jié)若干剛體而成的樹(shù)狀結(jié)構(gòu)，并自動(dòng)形成系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型，運(yùn)用計(jì)算機(jī)可視化技術(shù)對(duì)其求解結(jié)果進(jìn)行可視化，以預(yù)測(cè)或再現(xiàn)機(jī)構(gòu)系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)過(guò)程。
　　 　　在該多剛體動(dòng)力學(xué)仿真系統(tǒng)中可定義的剛體的質(zhì)量、密度、體積、形狀、質(zhì)心、位置、速度與角速度以及剛體間碰撞的能量損失率與摩擦系數(shù)等，并且可以定義鉸鏈等約束的摩擦系數(shù)等以便模擬整個(gè)多剛體系統(tǒng)在倒塌運(yùn)動(dòng)過(guò)程中的能量損失。
該仿真技術(shù)采用較先進(jìn)的變分方法建立剛體運(yùn)動(dòng)數(shù)學(xué)模型，運(yùn)用Kutta-Merson積分方法對(duì)其求解，可精確計(jì)算剛體的運(yùn)動(dòng)路徑和剛體間彼此的穿透和碰撞行為。
3建筑物拆除爆破機(jī)理模