世界贸易中心飞机撞击后倒塌过程的仿真分析.pdf

节选段落一：
* 国家自然科学基金资助项目（项目号：59938180） 1
世界贸易中心飞机撞击后倒塌过程的仿真分析
陆新征 江见鲸
清华大学土木工程系 北京 100084
摘要：本文利用动力有限元程序 LS-DYNA对纽约世界贸易中心受飞机撞击后的倒塌进行了
力学分析和仿真，并根据计算结果进行了参数讨论。仿真计算的结果与真实倒塌过程非常接
近，说明通过适当的选取计算参数和计算模型，可以对这种特殊的复杂破坏过程进行模拟分
析和仿真。计算结果说明，世界贸易中心倒塌的直接原因是火灾导致的钢材软化和楼板塌落
冲击荷载引起的连锁反应。


节选段落二：
计算模型的楼板设定为是钢筋混凝土材料，本构关系依然使用 Material 3，Plastic
Kinematic模型，材料密度为 2500Kg/m3，弹性模量为 30GPa，泊松比为 0.2，30MPa，屈服
后强化模量为 0，所有断裂失效塑性变形设定为混凝土最大受压变形，即 0.38%。
由于钢材耐火性差，在撞击后飞机燃油燃烧造成高温对钢材强度有显著影响，对此设定
了火灾后钢材材料，它其他参数均和普通钢材相同，只是其弹性模量和强度都被降低到基本
值的 1/20，即约相当于 700℃时钢材的性能。


节选段落三：
根据计算结果，在撞击破坏后，塔楼并没有立刻倒塌，北塔仍然可以继续维
* 国家自然科学基金资助项目（项目号：59938180） 4
持，南塔由于破坏不对称，变形很大，但也没有倒塌。这与实际情况下，两座塔楼
在撞击后仍然维持了近两个小时的情况基本相同。
2）提高结构抗火能力或限制火灾的影响范围将有效的防止或迟滞结构的倒塌。我们通
过改变材料属性来模拟火灾影响。根据最后计算结果，即使结构已经受到严重的撞
击损伤，只要火灾影响范围能控制在残余截面 20％～25％以内的话，仍然可以避免
倒塌。只有当撞击区残余结构有超过 30～50％结构因火灾丧失承载力以后，结构才
开始进入倒塌阶段。