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論文中文名稱:接觸力與剛體元素及非線性遲滯迴圈材料模型於PNS-PBC程式架構之研究 [以論文名稱查詢館藏系統]
論文英文名稱:A Study of the Contact Forces, the Rigid Elements and Nonlinear Hyperelastic Material Models in PNS-PBC Framework [以論文名稱查詢館藏系統]
院校名稱:臺北科技大學
學院名稱:工程學院
系所名稱:土木與防災研究所
畢業學年度:100
出版年度:101
中文姓名:賴韻如
英文姓名:Yun-Ju Lai
研究生學號:99428009
學位類別:碩士
語文別:中文
口試日期:2012-07-19
論文頁數:314
指導教授中文名:黃昭勳;王仁佐
指導教授英文名:Chao-Hsun Huang;Ren-Zuo Wang
口試委員中文名:蕭輔沛;張慰慈
口試委員英文名:Fu-Pei Hsiao;Wei-Tze Chang
中文關鍵詞:剛體元素幾何形狀求解器接觸判斷遲滯迴圈PNS-PBC
英文關鍵詞:Rigid elementGeometry Shape SolverContact Force ModelsNonlinear Hysteresis ModelPNS-PBC
論文中文摘要:本文主要在國家地震工程研究中心所開發點值計算數值模擬平台(Platform for Numerical Simulation-Point Based Computing, PNS-PBC)程式中新增四項程式功能,分別為五節點與九節點剛體元素、幾何形狀求解器、接觸力模型與非線性遲滯迴圈材料模型。除此之外,亦設計PNS-PBC開發者手冊、PNS-PBC XML使用說明與Vector函式庫使用說明。幾何形狀求解器主要建立不同幾何型狀之面積與體積及轉動慣量。接觸力模型是由勁度與阻尼力疊加而得,此外,本研究特別引入混凝土塊體接觸力模型,可考慮不同幾何接觸狀態下對接觸力之影響。經由數值分析比對結果可以得知,新增程式各項功能確實能有效且精確於PNS-PBC程式架構中使用。
論文英文摘要:In this study, the main purpose of this study is to add new four functions into the Platform for Numerical Simulation - Point Based Computing (PNS-PBC) framework in National Center for Research on Earthquake Engineering (NCREE). These four functions include the five and nine point rigid elements, the geometry shape solver, the contact force models and the nonlinear hysteresis models. In addition, the PNS-PBC developer, user and vector manuals are written. The geometry shape solver includes the area, volume and moment of inertia. The contact force model is superimposed from the stiffness and damping forces. The contact force for the concrete block can be used to consider the different contact detections such as the line to line and line to surface et al. According to the numerical results, the new functions in PNS-PBC are the accuracy and effective.
論文目次:中文摘要 i
英文摘要 ii
誌謝 iii
目錄 iv
表目錄 viii
圖目錄 xi
第一章 緒論 1
1.1研究動機與目的 1
1.2 文獻回顧 3
1.3 論文內容 6
第二章 理論介紹 9
2.1 離散元素法 9
2.1.1 顆粒與顆粒碰撞問題模擬方法 9
2.1.2 剛體元素的平移與轉動 11
2.1.3 五節點剛體元素 18
2.1.4 九節點剛體元素 20
2.1.5 N節點剛體元素 23
2.2 幾何形狀與轉動慣量 23
2.2.1 二維圓形介紹 23
2.2.2 二維矩形介紹 24
2.2.3 二維橢圓介紹 25
2.2.4 二維三角形介紹 26
2.2.5 三維圓球介紹 27
2.2.6 三維矩形體介紹 28
2.2.7 三維橢球介紹 29
2.2.8 三維桿棒的使用與介紹 30
2.3 接觸力模型 31
2.3.1 LSD線性彈簧阻尼模型(Linear-spring/dashpot model)[32] 32
2.3.2 Hertz接觸理論(Hertz Heinrich)[32] 34
2.3.3 KK軟球模型(Kuwabara G. and Kono K.)[32] 37
2.3.4 LH軟球模型(J. Lee and Herrmann H. J.)[32] 38
2.3.5 非線性黏彈性軟球模型(Jankowski Robert)[32] 39
2.3.6混凝土接觸力模型 40
2.4 材料模型 44
2.4.1 雙線性遲滯迴圈模型 44
2.4.2尖峰導向遲滯迴圈模型 48
2.4.3雙線性勁度退化遲滯迴圈模型 52
2.4.4雙線性尖峰導向勁度退化遲滯迴圈模型 57
第三章 PNS-PBC新增程式之功能介紹 61
3.1 PNS-PBC之離散元素法使用與介紹 61
3.1.1 顆粒與顆粒碰撞偵測 63
3.1.2 有限旋轉矩陣 65
3.1.3 五節點剛體元素 66
3.1.4 九節點剛體元素 69
3.1.5 N節點剛體元素 70
3.2 PNS-PBC之幾何形狀求解器使用與介紹 71
3.2.1二維圓形 72
3.2.2二維矩形 74
3.2.3 二維橢圓 75
3.2.4 二維三角形 76
3.2.5 三維圓球 77
3.2.6 三維矩形體 78
3.2.7 三維橢球 79
3.2.8 三維桿棒 80
3.3 PNS-PBC之接觸力模型使用與介紹 81
3.3.1 LSD線性彈簧阻尼模型 82
3.3.2 Hertz接觸理論(Hertz Heinrich) 83
3.3.3 KK軟球模型(Kuwabara G. and Kono K.) 85
3.3.4 LH軟球模型(J. Lee and Herrmann H. J.) 86
3.3.5 非線性黏彈性軟球模型(Jankowski Robert) 87
3.3.6 動能損耗係數法 88
3.3.7 碰撞恢復係數法之面面對心碰撞 89
3.3.8 碰撞恢復係數法之面面非對心碰撞 91
3.3.9 碰撞恢復係數法之線面碰撞 92
3.3.10 碰撞恢復係數法之點面碰撞 93
3.3.11 碰撞恢復係數法之線線碰撞 94
3.4 PNS-PBC之材料模型使用與介紹 95
3.4.1 雙線性遲滯迴圈模型 96
3.4.2尖峰導向遲滯迴圈模型 98
3.4.3雙線性勁度退化遲滯迴圈模型 100
3.4.4雙線性尖峰導向勁度退化遲滯迴圈模型 101
第四章 數值算例 103
4.1 顆粒運動方程驗證 103
4.2 顆粒與顆粒碰撞問題驗證 113
4.3 遲滯迴圈問題分析 141
第五章 結論與建議 145
5.1結論 145
5.2 建議 146
參考文獻 147
附錄A:PNS-PBC開發者手冊 151
附錄B:PNS-PBC XML使用說明 233
附錄C:VECTOR函式庫使用說明 295
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[33] 行政院公共工程委員會https://www.pcc.gov.tw/pccap2/TMPLfronted/ChtIndex.do?site=002
[34] 921網路博物館 http://921.gov.tw/home/index.html
[35] 交通部臺灣區國道高速公路局 http://www.freeway.gov.tw/
論文全文使用權限:同意授權於2017-08-18起公開