地震模擬的案例
框架機構房屋地震模擬
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地震波數值模擬技術
地震數值模擬是地震勘探和地震學的重要基礎。地震數值模擬就是在假定地下介質結構模型和相應物理參數已知的情況下，模擬研究地震波在地下各種介質中的傳播 規律，并計算在地面或地下各觀測點所觀測到的數值地震記錄的一種地震模擬方法。這種地震數值模擬方法已在地震勘探和天然地震領域中得到廣泛的應用，它不但 在石油、天然氣、重金屬和非金屬等礦產資源及工程和環境地球物理中得到普遍的應用，而且在地震災害預測、地震區帶劃分以及地殼構造和地球內部結構研究中， 也得到相當廣泛的應用。
地震數值模擬在地震勘探和地震學各工作階段中都有重要的作用。在地震數據采集設計中，地震數值模擬可用于野外觀測系統的設計和評估，并進行地震觀測系統的 優化。在地震數據處理中，地震數值模擬可以檢驗各種反演方法的正確性。在地震數據處理結果的解釋中，地震數值模擬又可以對地震解釋結果的正確性進行檢驗。
由于實際工作中所模擬的介質不同，所用的模擬方程也不一樣。根據模擬方程的不同，波動方程數值模擬主要有：聲波模擬、彈性波模擬、粘彈性波模擬以及裂隙和孔隙彈性模擬等。由于可以用射線理論、積分方程、微分方程來描述地震波的傳播，模擬方法也相應地有射線追蹤法、積分方程數值求解方法以及微分方程數值求解方法。
射線追蹤方法通過求解程函方程計算地震波旅行時，通過求解傳播方程計算地震波振幅。該方法以高頻近似為前提，適合于物性緩變模型中地震波傳播模擬。模型簡 單時該方法具有計算速度快的突出優點，正因為如此，它在地震成像、旅行時層析等方面得到廣泛應用。也正是高頻近似，該方法不適合物性參數變化較大模型中地 震波的傳播模擬。
積分方程數值求解地震波數值模擬方法是基于惠更斯原理而得到的一種波場計算方法，它又可以分為體積分方法和邊界積分方法。
展開 ABAQUS CEL(例11) 地震工況下的邊坡大變形模擬 ￥70
ABAQUS CEL(例11) 地震工況下的邊坡大變形模擬
一、建模技術
地震工況下邊坡可能失穩進而出現滑坡現象，為避免模擬滑坡時網格產生的畸變問題，采用耦合歐拉拉格朗日法(CEL)進行滑坡的大變形模擬；土體本構采用摩爾庫倫模型；采用模型底部小范圍內的周期性荷載模擬地震荷載。
二、模型及部分結果展示
圖1：藍色為邊坡；紅色為空氣層
圖2：網格的劃分
圖3：賦予模型初始應力
圖4：土體達到地應力平衡時的應力分布
圖5：土體底部的地震荷載施加區域
圖6：所施加的周期性荷載（地震荷載）
圖7：邊坡因地震荷載產生的位移
圖8：地震波產生的區域
展開 砌體結構地震作用倒塌開裂數值模擬
兩個簡單的例子，主要模擬地震作用下砌體結構的倒塌或者開裂。說是地震作用，其實是靜力作用，因為地震激勵本身不是這兩個案例研究的對象 和焦點，兩個案例均屬于概念性計算，不必深究具體參數（如幾何尺度、材料參數等）的精確性，但也不會差得太遠。兩個案例均屬于試算性質，目的在于探討一種方法模式的可行性，計算結果大體規律還不算差，因此與大家分享（也鑒于個別論壇網友私下多有疑問，因此算是一并做一個解答參考）
思路說明 ：
1、兩個計算模型（附件壓縮包），一個作墻體開裂分析，一個做墻體坍塌計算（采用隱式方法）
2、墻體開裂模型，鑒于目前并無完整的關于砌體本構模型的數據（也可能是我沒有找到，如有朋友擁有，愿不吝賜享），因此采用了類似的混凝體開裂本構模型，但具體材料參數，如開裂強度、抗壓強度、彈性模量，大致參考相關砌體規范資料.
3、墻體坍塌模型，采用了adina雙線形彈塑性模型（具有斷裂特征），斷裂點根據規范參數計算。
4、若干個關于復雜非線性計算收斂的控制參數，模型中一并設置完好，供參考，為防止信息丟失，模型為idb格式，8.4.2版本，共4個壓縮包。
最后說明：這兩個案例僅為大家提供思路之用，如果從學術角度或者技術角度審視，歡迎私下交流。
磚墻崩塌
磚墻裂縫.
磚墻倒塌模擬動畫
磚墻裂縫發展動畫
計算模型
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| 新論文：地震次生墜物情境中的人員疏散模擬
此前我們課題組就墜物對應急避難場所的影響開展過研究（詳見：如何減輕建筑外圍護結構脫落地震次生災害？）。本文重點對地震次生墜物分布和人員疏散問題展開研究。
解決方案
針對地震次生墜物情形下的人員疏散模擬，本文提出了包含以下四個模塊的模擬框架，如圖5所示，
圖5 次生墜物疏散模擬框架
首先，獲取建筑宏觀參數和道路信息，在GIS平臺建立基礎數據庫，為建筑地震響應計算和疏散情境構建提供數據支持。
其次，采用城市抗震彈塑性分析的多自由度模型（MDOF）對建筑進行非線性時程分析，計算得到每個建筑各層的位移時程和速度時程。
然后，考慮到填充墻等非結構構件在達到一定的層間位移角時會發生破壞形成墜物，采用LS-DYNA模擬墜物運動和碰撞的過程，在此基礎上確定墜物在地面上的分布。
最后，根據模塊一和模塊三數據，建立有墜物分布的疏散場景并考慮人員經過墜物覆蓋區域時行進速度的變化，采用社會力模型進行人員疏散的模擬。
其中，關鍵需要解決兩個問題：1）如何考慮砌塊落地后的運動和分布；2）如何考慮墜物對人員行進速度的影響。
展開 邁達斯gts地震模擬
大學生模擬實驗，需要用給出的模型利用地震系數法，反應位移法，反應加速法等利用邁達斯計算當地震來臨時的計算結果。 這邊提供數據和模型，只需要相關人士用提供的資料計算給出結果。 過程很簡單??的
海嘯引起的印度洋地震模擬仿真
最后，圖3給出了在印度洋特定位置的不同時間觀測波高（使用潮汐測量儀）和模擬波高的對比圖。
圖3：在不同潮汐表位置觀測到的波高和模擬波高的對比。備注：水平軸是斷層破裂后的時間（以小時為單位）。
圖4：觀測波高（Jason-1衛星測高儀）和模擬波高對比。
結構地震波作用下的頻率響應模擬 ￥400
本案例仿真了一結構在一側受到低頻振動作用下的頻率響應結果，如圖1所示。
圖1 仿真結果
LSDYNA-地震載荷下建筑物倒塌模擬
地震載荷
圖 4 x方向節點加速度
圖 5 y方向節點加速度
圖 6 z方向節點加速度
3. 仿真結果
Abaqus模擬 | 響應譜法求解結構地震響應
它表示的是結構受迫振動的振幅和激勵力頻率之間的關系，當然，這里的激勵力不一定是按照力的形式，也包含位移、速度、加速度的形式，通常我們采用加速度多一些，最后可確定在地震作用下結構的最大振幅，及對應頻率。
響應譜分析不能反應結構地震響應的全過程；僅限于彈性階段，不能給出各構件進入彈塑性變形階段的內力和變形狀態，無法找出結構的薄弱環節；主要適用于規則結構，不適用于不規則結構。
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展開 超算力量｜“神威·太湖之光”：“速度”與“應用”兼具
在航空航天領域，國家超級計算無錫中心聯合中國航空航天的相關研究機構，共同完成了C919大飛機多種飛行狀態的模擬，完成C919大型客機低速大攻角深失速特性的精細數值模擬。計算網格規模由千萬網格提升到兩億網格，計算時間縮短到10小時以內，大大減少風洞試驗次數、降低設計成本，對C919大型客機氣動設計工作具有重要的指導意義。
在生物醫藥領域，中科院上海藥物所利用優化后的DOCK虛擬藥物篩選軟件，使用40個申威16010處理器在4天內完成寨卡病毒的虛擬藥物篩選（若使用實驗室128個CPU的SGI Origin3800進行同等規模分子對接工作，需要超過四年的時間才能完成），極大地提高了工作進度，為相關研究節省了大量寶貴時間。
圖為惡性腫瘤靶標B-Raf激酶與藥物在原子水平上的相互作用
在地震預測方面
，“神威·太湖之光”也頗具神威。2017年，由清華大學、山東大學、國家超級計算無錫中心、南方科技大學共同研制完成的“非線性大地震模擬”實驗，借助“神威·太湖之光”的強大計算能力，首次成功實現了唐山大地震過程的精準模擬。這一過程對于科學家了解地震的發生和傳播規律具有重要的意義。這一實驗榮獲了2017年國際高性能計算應用領域的最高獎“戈登?貝爾”獎。
唐山大地震模擬結果圖
獲獎團隊現場頒獎
在船舶工程領域
，國家超級計算無錫中心聯合中船重工第702研究所，基于神威平臺共同開發了通用精細流場求解的計算流體軟件，與國外的船舶商業軟件相比提速近千倍，百億以上網格的超大規模計算問題可以在24小時以內獲得結果，大大滿足了船舶的設計需求。
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超算冠軍?！天河三號原型機國產系統+芯片曝光
2016年11月，在美國鹽湖城舉行的2016年全球超級計算大會上，中國憑借“千萬核可擴展大氣動力學全隱式模擬”研究成果一舉獲得“戈登?貝爾”獎。該研究由“神威·太湖之光”提供運算支撐，可有效開展全球公里級氣象預報，與國際主流的大氣動力模式相比，計算速度提升近10倍，與2015年獲得戈登?貝爾獎的項目相比，計算效率提升10倍以上。
這是我國超算應用團隊首次獲得有著“超算應用諾貝爾獎”美譽的戈登?貝爾獎，標志著我國科研人員正將超級計算的速度優勢轉化為應用優勢。
隨后在2017年，由清華大學、國家超級計算無錫中心、山東大學、南方科技大學、中國科技大學、國家并行計算機工程技術研究中心組成的聯合團隊，基于“神威·太湖之光”的強大計算能力，成功設計并實現了高可擴展性的非線性大地震模擬工具，充分發揮國產處理器在存儲、計算、通信資源等方面的優勢，可以實現高達18.9P的非線性地震模擬，是國際上首次實現如此大規模下的高分辨率、高頻率、非線性塑性地震模擬，對未來的地震災害救援演習、預防預測等研究具有重要的借鑒意義。“非線性大地震模擬”贏得了2017年戈登?貝爾獎。
天津超算中心也將依托天河三號超級計算機構建超級計算與云計算和大數據深度融合的高性能計算服務平臺，將在長效高分辨率氣候氣象預報、大規模航空航天數值風洞、地震地質研究和油氣能源勘探、腦科學與基因工程等生命科學研究等超大規模計算與模擬，以及涉及國計民生、信息安全的政務數據、醫療衛生、基因健康、智慧城市、交通、地理、海洋等的大數據分析處理領域發揮強大支撐和平臺作用。
張云泉主任介紹，百億億次超級計算機的最大的問題就是功耗控制，需要在半導體工藝上有很大的突破，才有可能把功耗控制在30兆瓦左右。“如果說功耗控制沒有發生革命性的降低，以現在的技術去搭建的話，它的功耗可能會達到一百兆瓦，就沒法用了。
展開 科技平臺 | 國家超級計算無錫中心：超算既要“高大上”，又要接地氣
據悉，依托“神威·太湖之光”，中心在地震模擬、氣象氣候、先進制造、生物醫藥等方面取得一系列科研成果。應用方面，國家超級計算無錫中心已完成20多個應用領域、200多項百萬核心大型問題的求解任務，有效支持科學研究與產業創新。
加拿大發明抗震水泥，只需噴一噴，就能抵抗9級地震！
但如果碰到比較大點的地震，那就無力回天了……
為了提高現有建筑的抗震能力。
加拿大不列顛哥倫比亞大學的一群科學家，研發出一種更為神奇的——
抗震水泥
這種新型的混凝土由聚合物纖維、水泥、飛灰以及其他工業添加劑制成。
具有高度的堅固性、韌性以及延展性。
只需將它噴涂在墻壁上，就能夠大大增強墻體的抗震性能。
研發人員也進行了地震模擬試驗。
結果，傳統水泥制成的墻壁在遇到強震時很容易就被震塌了。
而涂上10mm厚的抗震水泥。
卻可以抵擋住9.0-9.1級的大地震都不倒塌！
此外，它還是種環保型混凝土。
抗震水泥使用飛粉煤灰替代了70％的水泥，大大降低了對水泥的需求量。
因此也就減少了由于生產水泥而產生的二氧化碳排放量。
為環保做了貢獻！
目前，這款材料將已經在溫哥華的一所小學率先試用。
而印度北部地震活躍地區的的一所小學也有望引進。
以應對隨時可能發生的地震。
一起來看看視頻介紹——
期待這項發明被越來越多的地方使用，幫助更多人避免地震帶來的災害~
展開 發了那么多SCI，有興趣了解一下“SCI效應”么？ | 新論文：考慮“場地-城市效應”的區域建筑震害
圖4 場地-城市效應計算程序流程
首先從基巖輸入地震動，進行場地波動模擬，將場地波動模擬得到的地面加速度輸入地上建筑，得到地上建筑的地震響應。再把計算得到的建筑基地反力輸入地下土體，得到建筑對地震動傳播的影響。重復上述過程，直到完成一次地震運動。
三、案例分析
那“場地-城市效應”到底會給地面建筑的地震破壞帶來哪些影響呢？我們以清華校園遭受1679年三河-平谷8級地震場景為例開展研究。我們建立了清華校園619棟建筑，以及清華校園周圍3km x 3km x 350m范圍內的土體模型（圖5），然后輸入三河-平谷8級地震的模擬基巖地震動輸入。
圖5 清華校園計算案例
計算得到的清華校園建筑地震響應如圖6所示。
圖6 場地-城市效應下建筑地震響應
我們將考慮“場地-城市效應”和不考慮“場地-城市效應”的計算結果進行對比，如圖7所示。大概71.73%的建筑物頂點位移降低了0-25%，20.03%的建筑物頂點位移增加了0-25%。也就是說，對于大概90%的建筑物，地震響應變化不超過1/4。由于清華校園建筑物的高度和密度相對不是很大，所以這個結果是符合預期的。
圖7 頂點位移變化量對比
但是，有大概3%的建筑物，頂點位移增大了25%以上，部分建筑甚至超過50%。分析表明，這些建筑物都是非設防砌體建筑，在地震下已經進入了嚴重的非線性階段。因此少量的地面運動加速度變化就可能會導致非常嚴重的后果。以其中一棟典型非設防砌體結構為例，其底層層間力-變形關系、是否考慮“場地-城市效應”的地面運動輸入反應譜以及底層的層間位移角響應如圖8所示。
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