結構倒塌仿真的案例
用戶作品賞析 | 基于Ansys/LS-DYNA框剪結構爆破倒塌仿真分析
基于Ansys/LS-DYNA框剪結構爆破倒塌仿真分析
[ 摘 要 ] 不同切口方式與延期時差對建筑物拆除爆破倒塌效果有極大影響，尤其是對大高寬比的框架剪力墻結構。因此，利用數值模擬對建筑物倒塌效果進行仿真分析，對于爆破方案的優化具有重要的指導意義。以某17層框架剪力墻結構拆除爆破工程實例，利用Ansys/LS-DYNA有限元分析軟件，采用整體式模型，對不同切口方式和延期時差的框架剪力墻結構倒塌過程進行數值模擬。對框剪結構分別采用三角形和梯形切口，以及切口處中間排立柱同時起爆和延期起爆，共選取4種組合方案進行結構倒塌的對比分析。結果表明：采用三角形切口時，中間排立柱同時起爆，最后排立柱容易被壓屈，形成的偏心彎矩比第二爆破區段只爆破底層立柱偏??；采用梯形切口時，在切口全部形成后，結構倒塌過程中，梯形切口以上部分形成附加的偏心彎矩較三角形切口小，切口觸地時前傾速度比三角形切口小。
[ 關鍵詞 ] Ansys/LS-DYNA數值模擬；拆除爆破；框剪結構；切口方式；延時時差
前言
拆除爆破得益于其安全、快速和高效等特點，近年來在建筑物拆除，特別是在高層建筑物拆除中得到了有效的應用?？蚣芗袅?em>結構由于其抗震和抗風性能好，被普遍應用于城市超高層建筑中，故相應的對框剪結構的拆除項目數量是不勝枚舉。在對建筑物進行拆除爆破時，常用的爆破切口形式主要有兩種，即梯形切口和三角形切口，切口形式的選取對爆破效果會產生重要影響；與此同時切口處各爆破構件的延期起爆時間對結構拆除爆破起著關鍵作用。而對于切口處立柱的起爆情況的研究分析，更多的還停留在經驗總結階段，其原因是拆除爆破具有不可逆性，對其進行實體實驗代價太大。
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摘 要：不同切口方式與延期時差對建筑物拆除爆破倒塌效果有極大影響，尤其是對大高寬比的框架剪力墻結構。因此，利用數值模擬對建筑物倒塌效果進行仿真分析，對于爆破方案的優化具有重要的指導意義。以某17層框架剪力墻結構拆除爆破工程實例，利用ANSYS/LS-DYNA有限元分析軟件，采用整體式模型，
對不同切口方式和延期時差的框架剪力墻結構倒塌過程進行數值模擬。對框剪結構分別采用三角形和梯形切口，以及切口處中間排立柱同時起爆和延期起爆，共選取4種組合方案進行結構倒塌的對比分析。結果表明：采用三角形切口時，中間排立柱同時起爆，最后排立柱容易被壓屈，形成的偏心彎矩比第二爆破區段只爆破底層立柱偏??；采用梯形切口時，在切口全部形成后，結構倒塌過程中，梯形切口以上部分形成附加的偏心彎矩較三角形切口小，切口觸地時前傾速度比三角形切口小。
拆除爆破得益于其安全、快速和高效等特點，近年來在建筑物拆除，特別是在高層建筑物拆除中得到了有效的應用?？蚣芗袅?em>結構由于其抗震和抗風性能好，被普遍應用于城市超高層建筑中，故相應的對框剪結構的拆除項目數量是不勝枚舉。在對建筑物進行拆除爆破時，常用的爆破切口形式主要有兩種，即梯形切口和三角形切口,切口形式的選取對爆破效果會產生重要影響；與此同時切口處各爆破構件的延期起爆時間對結構拆除爆破起著關鍵作用。而對于切口處立柱的起爆情況的研究分析，更多的還停留在經驗總結階段，其原因是拆除爆破具有不可逆性，對其進行實體實驗代價太大。因此，隨著計算機技術的發展，數值模擬則成為分析拆除爆破倒塌過程的極佳手段。
研究表明，選取恰當的模型與參數，數值模擬可以真實地反映建筑物爆破拆除倒塌過程，模擬得到的該建筑爆破倒塌堆積形態與工程實際吻合良好，對實際工程有重要的參考價值。
展開 建筑結構動力彈塑性與倒塌分析的參數化建模軟件PA-TRANS
鋼筋混凝土框架剪力墻結構倒塌過程仿真
對2011年2月11日新西蘭地震中倒塌的the Pyne Gould Corporation (PGC) 辦公樓進行倒塌過程模擬分析。該結構是鋼筋混凝土框架剪力墻結構，始建于1964年，后經多次加固改造。該結構的原貌與倒塌后形態見圖5.7與5.8。圖5.9為按目擊者描述給出的結構倒塌過程。
分析模擬時，首先采用PKPM進行結構建模、配筋計算，模型相比實際結構有所簡化；隨后采用建筑結構參數建模軟件PA-TRANS將PKPM軟件中的設計模型轉換至ABAQUS模型，并采用隱式、顯式分析模型接力計算。圖5.10為模擬計算得到的結構倒塌過程?？梢钥闯?，二者的破壞位置與倒塌過程較為接近，誤差原因可能是計算模型與實際結構有所差異、計算中未考慮構件剪切破壞所致。
圖5.7 PGC辦公樓原貌
圖5.8 PGC辦公樓倒塌后的破壞形態
圖5.9 實際結構倒塌過程
圖5.10 模擬結構倒塌過程
六、 結論
1. PA-TRANS程序能夠按按工程分析需求實現復雜建筑結構的有限元參數化建模，使得工程師較為方便地使用ABAQUS軟件進行復雜建筑結構的動力彈塑性分析乃至倒塌過程模擬。
2. 配套的“基于ABAQUS平臺的鋼與混凝土單軸材料本構模型SJZU-CSUNIAXIAL”能夠較為準確地描述鋼筋混凝土梁柱、剪力墻構件的滯回性能。
3. 通過PA-TRANS程序轉換得到的ABAQUS結構模型在結構總質量、自振周期、振型等結果與原PMSAP模型計算的結果均能夠很好地吻合，PA-TRANS程序可用于復雜建筑結構模型的轉換。
4. 采用PA-TRANS程序能夠進行結構倒塌過程模擬，且模擬結果與實際結構的破壞位置、破壞順序與倒塌過程較為接近。
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
計算模型.part01.rar
計算模型.part02.rar
計算模型.part03.rar
計算模型.part04.rar
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超大型鋼筋混凝土冷卻塔龍卷風致倒塌仿真分析
圖6 冷卻塔與龍卷風不同相對距離的凈平均壓力系數分布曲線
龍卷風致倒塌
由于結構倒塌涉及到材料的非線性和結構的非連續破損失效，在物理風洞試驗中難以模擬，因此本文對冷卻塔在龍卷風作用下的倒塌過程進行了數值仿真模擬。首先通過對比冷卻塔在地震作用和其他意外荷載作用下的物理模型試驗和數值模擬結果，驗證了所采用有限元模型的精度和可靠性。
圖7 冷卻塔三維有限元分層殼和鋼筋網精細化模型
龍卷風加載與倒塌過程模擬
龍卷風加載過程如下：
圖8 冷卻塔加載龍卷風氣流條件測壓試驗
倒塌過程動畫演示如下：
圖9 冷卻塔三維有限元倒塌數值仿真模擬
龍卷風致冷卻塔倒塌與切向氣流作用的迎風區域周向裂縫出現和發展密切相關。此外，龍卷風的旋渦效應導致塔殼出現斜裂縫，導致整個塔殼的結構破壞。當冷卻塔位于龍卷風渦核半徑位置時，更容易坍塌（如圖10）。
圖10 不同旋流比下的臨界倒塌切向風速
破壞過程中裂縫的產生和發展會導致結構整體剛度的退化。圖11顯示了初始冷卻塔和開裂過程冷卻塔前十階固有頻率的對比。
展開 板柱結構連續倒塌
請問這種由于混凝土被壓碎，突然下降的曲線如何來模擬！
LSDYNA鋼筋混凝土結構/構件爆破/爆炸倒塌本構材料參數——持續更新ing ￥88
2026.3.29更新
以下材料本構，均為自己平時查看相關文獻以及幫助碩博研究生多輪測試模型總結出的材料本構參數，可以很好的適用于框架結構、框剪結構，剪力墻結構、冷卻塔、煙囪、水塔、橋梁等。鋼筋混凝土/巖石材料參數包含以下6中常用本構：（
1.*MAT_PLASTIC_KINEMATIC（MAT_003混凝土/鋼筋）自帶失效；2.*MAT_CONCRETE_DAMAGE_REL3_TITLE（MAT_72R3KC本構）可看損傷；3.*MAT_BRITTLE_DAMAGE（MAT_96混凝土）整體式模型；4.*MAT_JOHNSON_HOLMQUIST_CONCRETE（MAT_111巖石HJC）可看損傷；5.*MAT_CSCM_CONCRETE（MAT_159混凝土）可看損傷/擬靜力；
6.*MAT_RHT（MAT_272混凝土RHT）可查看損傷/沖擊荷載），以下將對以上列出的本構進行詳細說明，并且提供專用K文件材料本構模板，直接導入參數即可（注意單位轉換）
后續我會把之前各種倒塌動畫放上來，對應用的是那種本構也會一一對應上來
單位制轉換↓↓：
推薦首行和尾行單位制設置
多個K文件同時導入設置方法
MAT159本構C30簡單參數設置
MAT159本構C20詳細參數設置
mat3參數詳解示例
展開 疊疊高積木倒塌的仿真
積木塊堆放在堅硬的地板上，假設在模擬分析開始之前已經移除了堆疊體底部附近的一個關鍵塊，由于重力作用從而開始倒塌。
源文件blocks.rar
3場結構仿真專題免費網絡培訓：聽仿真專家系統講解結構仿真
安世亞太2017年系列仿真免費網絡培訓——結構仿真專題， 10月24日開講，現在開始報名！3場培訓，風電、壓力容器領域的仿真技術專家以及結構拓撲優化技術專家將圍繞相關內容進行系統講解。
● 課程內容構成：40分鐘授課+20分鐘工程師在線答疑。
● 培訓有禮：參與培訓，參加互動，有神秘禮物恭候。
● 培訓方式：采用Webex網絡會議接入方式（會前將提供接入鏈接地址）。
● 培訓視頻：課后通過微信為報名學員提供培訓視頻。
培訓內容：
風力發電系統的結構設計和仿真——風電行業的發展勢頭強勁，裝機量高速增長，這對工程仿真提出了更高的要求。除了風電行業基礎的剛度、強度分析，螺栓連接分析、齒輪的接觸分析以外，同時要考慮復合材料力學、轉子動力學等，并且對疲勞仿真提出了更高的要求，同時還有多場耦合分析的需求。針對這些需求，課程中將給出一套成熟、完整、準確的解決方案。
機械結構拓撲優化分析及設計驗證模擬——以常見機械結構中的安裝座為案例，介紹ANSYS拓撲優化關鍵技術及實現方法，主要包括優化后模型的導出及光順的處理流程，優化后模型的驗證，3D打印多孔結構強度校核等。
基于ANSYS Workbench界面的壓力容器極限分析與彈塑性分析技術——美國ASMEⅧ-Ⅱ標準與歐盟EN-13445標準已在壓力容器設計行業廣泛推廣極限分析與彈塑性分析等非線性分析技術，隨著計算硬件的高速發展，未來該方法可直接替代當前的線彈性計算方法，且該方法有利于指導工程中的輕量化設計。本次課程將介紹基于Ansys Workbench界面的壓力容器極限分析與彈塑性分析，具體內容包括：壓力容器主要失效模式、極限分析與彈塑性分析工程背景，非線性材料本構模型，非線性求解相關設置、計算結果收斂與發散以及后處理技術。
展開 流體仿真計算、結構強度計算、ANSYS有限元分析，仿真分析培訓，流體、結構類輔材供應
業務方向：流體仿真計算、結構強度計算、ANSYS有限元分析，仿真分析培訓，流體、結構類輔材供應。
聯系電話：王經理 15900979745
光 · 學堂 | 基于VirtualLab Fusion的微結構仿真設計與加工技術（光柵、超表面、蛾眼結構的仿真與加工技術）2026/5/19-5/20
授課時間
2026/5/19（二）-5/20（三）
AM 9:00-PM 16:00
授課地點
上海市嘉定區南翔銀翔路819號中暨大廈18樓1805室
課程講師
訊技光電工程團隊及資深顧問
課程費用
4800RMB/1人次
(課程包含課程材料費、開票稅金、午餐費)
課程簡介
微結構元件作為現代光學系統的核心組成部分，應用廣泛，其設計精度與加工質量直接影響器件性能。本課程借助光之數字模型平臺VirtualLab Fusion，結合多種仿真算法，開展各類微結構的仿真設計與性能優化教學。
課程涵蓋衍射光學元件、光柵、超表面等多種微結構類型，包括蛾眼減反射表面、偏振無關光柵、超構透鏡等，涉及結構建模、參數優化、性能驗證等核心環節，無需深厚軟件基礎即可參與學習。
本課程講解VirtualLab Fusion在微結構仿真中的應用方法，為微結構加工提供可靠的仿真支撐與理論依據。加工方面主要介紹微納加工工藝選型、加工參數把控及質量檢測等內容，呈現微結構從仿真設計到實際加工的完整技術思路。
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BCC點陣結構梁單元Abaqus壓縮仿真模擬-顯示動力學質量縮放 ￥19.89
本文通過abaqus顯示動力學的方法對BCC結構進行壓縮仿真模擬，同時為減小計算量，采用梁單元模擬點陣結構，壓頭設置為剛性面，添加質量縮放，加快運算速度，為點陣結構壓縮模擬提供一種便捷方法。
1. 建立BCC點陣模型,以單胞尺寸5X5X5為例。
a.首先建立立方體實體，然后對實體進行處理，得到點陣單胞點陣結構。
b.建立單胞BCC梁單元點陣模型,然后進行刪除面的操作，得到單胞BCC點陣結構，接下來進行陣列操作，得到最大外形尺寸為25x25x25的點陣壓縮模擬試件。
C.建立剛性壓板，設置參考點，模擬萬能試驗機壓頭，剛性單元不參與計算，不影響計算結果，加快運算速度。
2. 裝配，按壓縮試驗進行裝配，從上到下依次為壓板-點陣-壓板。
3.設置材料屬性，本文為鈦合金TC4，密度4.43e-9Tone/mm3,彈性模量為118000MPa，泊松比0.3，應力應變值見下表所示。
設置截面屬性Beam，定義截面半徑0.5mm
指派截面，定義方向[1,2,3]，完成材料屬性設置。
4.設置分析步Dynamic,Explicit，時間設置為5s，以每秒1mm的速度進行壓縮模擬，開啟質量縮放為1e-5，歷程輸出勾選位移和力，以便輸出力-位移曲線，然后計算相應的應力-應變曲線。
5.設置相互作用-切向行為和法向行為，摩擦系數為0.3，設置通用接觸。
以下部分為付費部分
展開 結構仿真 | Circleg利用仿真技術改善截肢者的生活
Circleg在Ansys Apex渠道合作伙伴CADFEM的幫助下，通過Ansys初創公司計劃獲得了Ansys Mechanical結構仿真軟件，以實現上述目標。Calabro表示：“主要挑戰在于我們必須滿足許多不同的要求。該設備需要易于使用而且舒適，機械要求非常高，同時，我們也非常關注生產成本?！?在整個研發過程中，Circleg使用Mechanical軟件來評估性能，例如足部的靈活性和Circleg One的強度。根據截肢者需要的是膝上還是膝下假肢，Circleg One需要滿足不同的要求。一般來說，膝上假腿比膝下假腿更復雜，最大的區別是膝關節。膝下假肢只需要小腿、腳踝和腳，而膝上假肢還需要功能正常的膝關節。如果沒有的話，佩戴者就很難四處走動。膝關節是行走機制的核心，因為其承受了人體的大部分重量并影響人體平衡。
Calabro表示：“我們有非常明確的結構方面的要求，而仿真幫助我們在為零部件制造模具之前，就能準確地估計零部件是否符合這些要求?！蓖ㄟ^使用仿真軟件，Calabro和他的團隊能夠在實際創建不同組件之前評估其性能，從而顯著縮短時間。
一開始，Circleg采用簡單的模型來反映假肢的不同組件。Calabro說道：“這已經有很大幫助了，而后來，我們意識到，需要使它們變得更具體、更準確?！眻F隊最初沒有考慮對生產流程進行仿真，但在發現仿真與實際測量之間存在差異后，該團隊在更大的規模上實施了仿真。他表示：“當我們構建出整合了注塑工藝材料特性的更復雜的模型時，就可以解決和改進其余問題了，并最終滿足嚴格的機械要求。”
展開 設計仿真 | 基于Marc的對稱結構仿真
引 言
Marc軟件是一款功能強大的通用非線性有限元分析軟件，能夠針對廣泛的工程設計與制造應用中的靜力、動力和多物理場耦合問題進行準確仿真。
有一種美叫對稱美，是秩序，是平衡，是科學，也是藝術。在真實工況中，很多情況下幾何結構和載荷都是對稱的，我們應該如何采用Marc軟件充分利用對稱條件進行模型簡化并求解呢？
對稱接觸體
對于接觸分析，Marc提供了5類接觸體類型，每類接觸體都可在二維或者三維問題中進行應用。包括：變形體、可傳熱的剛體、剛體、帶控制節點的剛體和對稱接觸體。
對稱接觸體是在線對稱問題或循環對稱問題中常采用的一種接觸體，常用來代替某些對稱邊界條件。
圖1 對稱接觸體定義
在平面或者軸對稱分析類型中，對稱接觸體可通過選擇NURBS曲線、線體、小平面曲線進行定義；在三維分析問題中，對稱接觸體通過選擇非均勻有理B樣條曲面、片體、小平面來進行定義。其余設置類似常規接觸設置。
對稱接觸體的特點
對稱平面可方便的用于定義對稱條件
可代替某些固定邊界條件
自動設置很高的分離力，不會發生分離
只允許接觸面上的切向運動
僅適用于剛性曲線或曲面
自動進行相應的對稱線或對稱面的延伸，避免退出號2400
循環對稱
在循環對稱問題中，如果結構的幾何和荷載周期性變化，則可只取結構的一部分建立模型，循環對稱問題通過勾選分析任務中的循環對稱來進行定義。在這類問題中，將自動附加一組位移向量約束條件：U’B=UA或UB=RUA。
展開 設計仿真 | 基于MSC Apex的電廠框架結構靜態仿真
背景與挑戰
在工程中，有限元法(FEM)是用來評估薄壁結構性能的一種常用分析方法，建立薄壁結構的有限元模型涉及到中面模型的抽取和殼單元網格劃分。一般來說，創建有限元模型往往需要幾個小時至幾天，非常耗時。幸運的是，使用MSC Apex軟件創建有限元模型，與其他傳統的CAE前后處理器相比，可以更快地幫助生成中面模型，除此之外在MSC Apex中還可以進行強度分析。
解決方案
圖1為原始模型，有許多部件具有薄壁結構的特征。通過使用MSC Apex的“中間面”功能，可以在幾秒鐘內創建整個模型的中面模型。此外，在“延伸面”的幫助下，自動縫合邊緣。“延伸面”未捕獲的少數剩余邊可以通過手動拖拽邊緣進行連接，最后用殼單元對中面模型進行網格劃分。
圖 1: 左側: 原始實體模型, 右側: 中面模型
對于薄壁結構，與實體網格相比，殼網格用更少的單元可以產生更精確的結果。
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