基于DEM/FEM耦合模型的网壳结构倒塌全过程数值模拟研究

摘要

当工程结构在受极端荷载(如强震、飓风、爆炸等)作用时,结构会从连续体进入强非线性或非连续阶段,这时若选用通常的连续体方法如有限元法则难以模拟分析.离散元法的基本思想是把研究对象离散为刚性单元的集合,单元与单元之间通过弹簧连接.它允许单元间发生相对运动,可以不满足位移连续和变形协调条件,故能够比较有效地模拟结构非线性、大变形等结构的复杂运动和力学特性.本文将离散元方法用于大跨空间结构，提出了杆系DEM模型，推导了三维杆系结构DEM弹性（含几何非线性）、纤维弹塑性接触本构的基本计算公式；进而将离散元与有限元法相结合，提出了DEM/FEM耦合计算模型，实现了大跨空间结构强震下的倒塌破坏数值仿真。上述理论经过了相似比1/3.5的大缩尺比单层球壳多点激励振动台倒塌试验验证。