人群疏散个体差异导致自发分层及其影响的数值模拟研究
发布时间：2020-12-13 05:24
近年来,医院、车站、商场等公共建筑朝着规模巨大化、功能复杂化发展,建筑体量的增大和复杂功能的整合使建筑物内的人群构成更加复杂,此类人员密集场所的安全疏散问题也更加复杂,成人、老人、儿童具有较大的身体状态差异,身体尺寸差异是其中最明显的一点。在疏散发生拥堵时,行人相互碰撞排挤,老人和儿童相对成年人处于明显的劣势,因此存在尺寸差异的混合人群疏散运动的研究在建筑物疏散安全设计中至关重要。然而目前有关人群疏散问题的研究,多关注综合各种影响因素讨论疏散效率、疏散时间等问题,鲜有关注尺寸差异对运动特性的影响现象和机理分析的研究。本文关注人群中有尺寸差异的个体混合时对疏散过程及疏散效率的影响,通过社会力模型对二元混合（两种个体尺寸）的模拟,发现存在大个体排挤小个体的分层现象,主要研究内容如下:首先在对比人群运动与颗粒物质的群体运动中发现,两种群体运动在描述方法、运动机制、宏观现象等方面具有很高的相似性,因此引入非均匀颗粒体系中描述混合-分离过程中分层程度的混合熵,来描述人群疏散运动的分层程度。并参考颗粒分层机理----非均匀颗粒体系运动分层的“巴西果”效应,用惯性机制对人群中的分层现象进行解释,然后...
【文章来源】：西安建筑科技大学陕西省
【文章页数】：65 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
“巴西果效应”（a）与“反巴西果”效应（b）[18]
西安建筑科技大学硕士学位论文10切向分力大于该乘积时，两颗粒将在接触表面发生滑动。图1.2弹性-阻尼模型，(a)图为弹簧阻尼器，(b)图为滑动阻尼器因此碰撞接触力可由弹性-阻尼方程表示：n,ijnnnn,ijF=kδv，t,,,,,/tttijnijsnijtttijsnijkff=δvFFδδF，F，v表示速度（矢量），nδ表示位移变形（矢量），k表示材料的刚度，和f分别表示碰撞阻尼系数和滑动阻尼系数。下标ij表示颗粒ij之间，i和j分别表示颗粒i和j，n代表法向，t代表切向，s代表滑动。2010年，刘石等[59]用DEM方法模拟了颗粒斜板上的运动和分层过程，讨论了斜板表面粗糙度的影响。2013年，ShengliWu等[60]对加料过程进行模拟，计算了大规模颗粒群通过三维V形料斗的运动和分层现象，分析结果表明大、小颗粒比重不同以及料斗的形状都会导致不同的分层程度，影响加料效率。2017年，DizheZhang等[61]模拟了呈倒锥形囤积的颗粒群运动，引入分层系数M（mixingindex）量化分层程度，并用对流机制解释了分层现象。近年来，对颗粒物质分层现象和“巴西果”效应的研究主要借助先进的计算资源和成熟的仿真模型。借此研究人员开始讨论大规模颗粒物质运动，为了研究颗粒物质的局部运动细节，微观仿真模型被广泛应用，且在成熟的仿真模型基础上不断有改进方案提出。1.2.4颗粒群体运动的分层机制颗粒体系的运动研究有不同的描述方法，相对应的，对其分层机制的探索也主要集中在几何、力学和能量等方面。（1）能量分层机制不同于孤立系统的熵增原理，在开放系统平衡态体系中，内部的排列组合总
西安建筑科技大学硕士学位论文13差异对整体疏散时间的影响：尺寸差异带来的拥堵和理论几何疏散时间的减小，相互竞争使得整体疏散时间存在最小值。然后，按照中国人体尺寸标准取值，将模拟条件设置得更接近实际，讨论了不同尺寸占比对整体疏散时间的影响。发现：当小个体行人与数量占优的大个体人群混合进行疏散时，他们在竞争中会一直处于劣势。最后，本文将问题拓展至多元混合（多种个体尺寸）人群，探论了出口宽度的综合影响。表明：在门宽较小时，个体尺寸差异对整体疏散时间的影响更大，且小个体到达出口的时间更晚。本文研究所采用的技术路线如图1.3所示。图1.3本文研究技术路线图
本文编号：2913981
【文章来源】：西安建筑科技大学陕西省
【文章页数】：65 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
“巴西果效应”（a）与“反巴西果”效应（b）[18]
西安建筑科技大学硕士学位论文10切向分力大于该乘积时，两颗粒将在接触表面发生滑动。图1.2弹性-阻尼模型，(a)图为弹簧阻尼器，(b)图为滑动阻尼器因此碰撞接触力可由弹性-阻尼方程表示：n,ijnnnn,ijF=kδv，t,,,,,/tttijnijsnijtttijsnijkff=δvFFδδF，F，v表示速度（矢量），nδ表示位移变形（矢量），k表示材料的刚度，和f分别表示碰撞阻尼系数和滑动阻尼系数。下标ij表示颗粒ij之间，i和j分别表示颗粒i和j，n代表法向，t代表切向，s代表滑动。2010年，刘石等[59]用DEM方法模拟了颗粒斜板上的运动和分层过程，讨论了斜板表面粗糙度的影响。2013年，ShengliWu等[60]对加料过程进行模拟，计算了大规模颗粒群通过三维V形料斗的运动和分层现象，分析结果表明大、小颗粒比重不同以及料斗的形状都会导致不同的分层程度，影响加料效率。2017年，DizheZhang等[61]模拟了呈倒锥形囤积的颗粒群运动，引入分层系数M（mixingindex）量化分层程度，并用对流机制解释了分层现象。近年来，对颗粒物质分层现象和“巴西果”效应的研究主要借助先进的计算资源和成熟的仿真模型。借此研究人员开始讨论大规模颗粒物质运动，为了研究颗粒物质的局部运动细节，微观仿真模型被广泛应用，且在成熟的仿真模型基础上不断有改进方案提出。1.2.4颗粒群体运动的分层机制颗粒体系的运动研究有不同的描述方法，相对应的，对其分层机制的探索也主要集中在几何、力学和能量等方面。（1）能量分层机制不同于孤立系统的熵增原理，在开放系统平衡态体系中，内部的排列组合总
西安建筑科技大学硕士学位论文13差异对整体疏散时间的影响：尺寸差异带来的拥堵和理论几何疏散时间的减小，相互竞争使得整体疏散时间存在最小值。然后，按照中国人体尺寸标准取值，将模拟条件设置得更接近实际，讨论了不同尺寸占比对整体疏散时间的影响。发现：当小个体行人与数量占优的大个体人群混合进行疏散时，他们在竞争中会一直处于劣势。最后，本文将问题拓展至多元混合（多种个体尺寸）人群，探论了出口宽度的综合影响。表明：在门宽较小时，个体尺寸差异对整体疏散时间的影响更大，且小个体到达出口的时间更晚。本文研究所采用的技术路线如图1.3所示。图1.3本文研究技术路线图
本文编号：2913981
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