基于离散单元法和物理引擎的结构连续倒塌可视化模拟
发布时间：2021-01-31 01:24
目前强离散性、大位移、大变形的倒塌全过程求解是结构计算分析的瓶颈,而离散单元法以理论力学为基础,基于刚体运动学和动力学方程,可有效实现结构全过程倒塌可视化模拟。运用Blender平台实现建筑结构的三维可视化建模及倒塌场景的可视化渲染;BCB（Bullet Constraints Builder）完成结构梁板柱构件的离散及刚体间约束的建立;物理引擎计算刚体间碰撞过程并"实时"更新刚体运动轨迹,三者协同作用实现倒塌全过程可视化模拟。模拟结果表明:所用方法适用于结构大变形模拟,可实现结构从弹性、弹塑性直至倒塌破坏的全过程可视化模拟,后续研究可为结构连续倒塌破坏机理的分析及人员逃生路径和搜救人员营救路线的选择提供科学指导。
【文章来源】：振动与冲击. 2020,39(13)北大核心
【文章页数】：9 页
【部分图文】：
BCB中由广义约束及弹簧约束构成的三种连接类型
ξ= nπd l 2 4hw ?????? ??? (11) e ′ = h-2(c+d l ) h ?????? ??? (12)简化后的剪力影响系数计算如下
碰撞检测是碰撞响应计算的基础与前提,一般分为粗略碰撞检测和精确碰撞检测。粗略碰撞检测的目的在于对大量的碰撞体采用较少的计算量预先排除没有发生碰撞的物体,从而提高检测效率。物理引擎通常采用包围盒算法完成广义碰撞检测,本文所基于的Bullet物理引擎采用AABB(Axis-Aligned Bounding Box,AABB)包围盒算法,AABB为一个包围着待检测物体的六面体(二维场景中表现为包围待检测物体的矩形),其每一边都平行于一个坐标平面,包围体间的相交计算不考虑除坐标轴以外的其它方向。AABB通过两个对角顶点(即包围盒的最小和最大顶点)的二维或三维向量表示,若包围盒在所有坐标上的投影都有重叠,那么包围盒之间发生碰撞。因此,只需要进行四次(二维)或六次(三维)比较就能确定AABB之间是否发生碰撞。刚体碰撞检测的物理场景如图4所示。图4(a)、(b)分别表示了二维和三维场景中a、b两物体的AABB相交示意图,灰色粗线标注代表AABB间的重叠部分,此时a、b物体间发生碰撞。
【参考文献】：
期刊论文
[1]考虑巨震的四级地震设防水平一致风险导向定义与决策分析[J]. 吕大刚,周洲,王丛,于晓辉. 土木工程学报. 2018(11)
[2]建筑结构连续倒塌破坏分析的数值模拟研究方法综述[J]. 曲激婷,宋全宝. 沈阳大学学报(自然科学版). 2018(02)
[3]考虑悬链线效应的钢筋混凝土框架结构抗连续倒塌能力分析[J]. 于晓辉,钱凯,吕大刚. 建筑结构学报. 2017(04)
[4]钢筋混凝土结构连续倒塌机制研究[J]. 胡凯,蒋瓅,瞿革,吕西林,王鹏,杨梓. 工程力学. 2015(S1)
[5]现浇楼板对钢筋混凝土框架结构倒塌模式的影响[J]. 汪小林,顾祥林,印小晶,黄庆华. 建筑结构学报. 2013(04)
[6]地震中钢筋混凝土框架结构倒塌反应的试验研究与数值仿真[J]. 顾祥林,黄庆华,汪小林,林峰,彭斌. 土木工程学报. 2012(09)
[7]离散单元法中杆段多弹簧模型的改进[J]. 王强,吕西林. 沈阳建筑大学学报(自然科学版). 2007(02)
[8]离散单元法在框架结构地震反应分析中的应用[J]. 王强,吕西林. 地震工程与工程振动. 2004(05)
[9]离散元法研究的评述[J]. 刘凯欣,高凌天. 力学进展. 2003(04)
[10]颗粒离散元法研究进展[J]. 徐泳,孙其诚,张凌,黄文彬. 力学进展. 2003(02)
硕士论文
[1]基于物理引擎建模方法的沥青混凝土等效导热系数研究[D]. 胡伟超.哈尔滨工业大学 2012
[2]基于刚体特性的物理仿真引擎的设计与实现[D]. 谷宁.东北师范大学 2009
本文编号：3009951
【文章来源】：振动与冲击. 2020,39(13)北大核心
【文章页数】：9 页
【部分图文】：
BCB中由广义约束及弹簧约束构成的三种连接类型
ξ= nπd l 2 4hw ?????? ??? (11) e ′ = h-2(c+d l ) h ?????? ??? (12)简化后的剪力影响系数计算如下
碰撞检测是碰撞响应计算的基础与前提,一般分为粗略碰撞检测和精确碰撞检测。粗略碰撞检测的目的在于对大量的碰撞体采用较少的计算量预先排除没有发生碰撞的物体,从而提高检测效率。物理引擎通常采用包围盒算法完成广义碰撞检测,本文所基于的Bullet物理引擎采用AABB(Axis-Aligned Bounding Box,AABB)包围盒算法,AABB为一个包围着待检测物体的六面体(二维场景中表现为包围待检测物体的矩形),其每一边都平行于一个坐标平面,包围体间的相交计算不考虑除坐标轴以外的其它方向。AABB通过两个对角顶点(即包围盒的最小和最大顶点)的二维或三维向量表示,若包围盒在所有坐标上的投影都有重叠,那么包围盒之间发生碰撞。因此,只需要进行四次(二维)或六次(三维)比较就能确定AABB之间是否发生碰撞。刚体碰撞检测的物理场景如图4所示。图4(a)、(b)分别表示了二维和三维场景中a、b两物体的AABB相交示意图,灰色粗线标注代表AABB间的重叠部分,此时a、b物体间发生碰撞。
【参考文献】：
期刊论文
[1]考虑巨震的四级地震设防水平一致风险导向定义与决策分析[J]. 吕大刚,周洲,王丛,于晓辉. 土木工程学报. 2018(11)
[2]建筑结构连续倒塌破坏分析的数值模拟研究方法综述[J]. 曲激婷,宋全宝. 沈阳大学学报(自然科学版). 2018(02)
[3]考虑悬链线效应的钢筋混凝土框架结构抗连续倒塌能力分析[J]. 于晓辉,钱凯,吕大刚. 建筑结构学报. 2017(04)
[4]钢筋混凝土结构连续倒塌机制研究[J]. 胡凯,蒋瓅,瞿革,吕西林,王鹏,杨梓. 工程力学. 2015(S1)
[5]现浇楼板对钢筋混凝土框架结构倒塌模式的影响[J]. 汪小林,顾祥林,印小晶,黄庆华. 建筑结构学报. 2013(04)
[6]地震中钢筋混凝土框架结构倒塌反应的试验研究与数值仿真[J]. 顾祥林,黄庆华,汪小林,林峰,彭斌. 土木工程学报. 2012(09)
[7]离散单元法中杆段多弹簧模型的改进[J]. 王强,吕西林. 沈阳建筑大学学报(自然科学版). 2007(02)
[8]离散单元法在框架结构地震反应分析中的应用[J]. 王强,吕西林. 地震工程与工程振动. 2004(05)
[9]离散元法研究的评述[J]. 刘凯欣,高凌天. 力学进展. 2003(04)
[10]颗粒离散元法研究进展[J]. 徐泳,孙其诚,张凌,黄文彬. 力学进展. 2003(02)
硕士论文
[1]基于物理引擎建模方法的沥青混凝土等效导热系数研究[D]. 胡伟超.哈尔滨工业大学 2012
[2]基于刚体特性的物理仿真引擎的设计与实现[D]. 谷宁.东北师范大学 2009
本文编号：3009951
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