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論文中文名稱:四面體離散元素在三維空間之接觸分析與運動模擬 [以論文名稱查詢館藏系統]
論文英文名稱:Contact and Motion Analysis of Tetrahedron Elements Using Discrete Element Method [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:102
出版年度:103
中文姓名:賴銀億
英文姓名:In-Yi Lai
研究生學號:100428075
學位類別:碩士
語文別:中文
口試日期:2014-07-29
論文頁數:74
指導教授中文名:黃昭勳
指導教授英文名:Chao-Hsun Huang
口試委員中文名:蕭輔沛;王仲宇
口試委員英文名:Fu-Pei Hsiao;Chung-Yue Wang
中文關鍵詞:接觸判斷離散元素法接觸力
英文關鍵詞:Contact DetectionDiscrete Element MethodContact Force
論文中文摘要:本研究以離散元素法為基礎,提出一可模擬四面體離散系統運動的演算法,並以C++程式語言實作演算法。演算法內容包含四面體於空間中運動時兩塊體間的接觸判斷理論,及兩塊體接觸時的接觸型態。空間中兩四面體可僅由頂點對面、稜邊對稜邊兩種接觸型態的接觸判斷,歸納出其餘頂點對頂點、頂點對稜邊、稜邊對面、面對面四種接觸類型。四面體離散系統根據運動方程式運算後更新塊體於空間中的位置,接著經由正確的接觸判斷結果,計算兩塊體彼此的接觸點、入侵量與接觸力,進而推衍出下一時刻塊體新的位置,模擬多面塊體於空間中運動行為,其結果可使用商用軟體後處理數值模擬程式輸出之資料,便於觀察整體運動過程。
論文英文摘要:This study proposed an algorithm, based on 3D Discrete Element Method (DEM), that can simulate motion of discrete rigid body tetrahedron system and implemented by C++ programming language. The algorithm defined two contact types, which are vertex-to-surface and edge-to-edge, and we can only use these two results to derive other four contact types (vertex-to-vertex, vertex-to-edge, edge-to-surface and surface-to-surface). According to the motion of equation, the discrete element system will update coordinates of each tetrahedron block's vertices. In every time step, we can use the correct contact detection result to find out tetrahedron block's contact point and penetration and by given contact spring stiffness to calculate contact force. The correct contact force will accomplish next step's motion of discrete tetrahedron system. Until the time reaches the end we set, the simulation of motion stopped and output the information we need that we can process these datas with other commercial software.
論文目次:中文摘要 i
英文摘要 ii
誌謝 iv
目錄 v
圖目錄 vii
表目錄 x
第一章 緒論 1
1.1 研究動機與目的 1
1.2 文獻回顧 2
1.3 論文內容 3
第二章 四面體運動模擬理論推導 4
2.1 四面體系統接觸型態 4
2.1.1 頂點對頂點接觸 5
2.1.2 頂點與稜邊接觸 5
2.1.3 稜邊對面接觸 6
2.1.4 面對面接觸 7
2.2 頂點對面之接觸判斷準則 10
2.2.1 頂點對面接觸判斷演算法 10
2.2.2 頂點對面接觸判斷流程圖 20
2.3 稜邊對稜邊之接觸判斷準則 21
2.3.1 稜邊對稜邊接觸判斷演算法 21
2.3.2 稜邊對稜邊接觸判斷流程圖 27
2.4 入侵量之計算 28
2.4.1 頂點對面接觸之入侵量計算 29
2.4.2 稜邊對稜邊接觸知入侵量計算 30
2.5 接觸力分析 32
第三章 程式運算流程與數值運算方法介紹 36
3.1 四面體系統接觸判斷分析流程圖 36
3.2 四面體運動方程探討 37
3.2.1 中央差分法 39
3.2.2 剛體平移與旋轉 41
第四章 數值分析與算例 45
4.1 剛體質點運動方程驗證 45
4.1.1 算例1:剛體質點受持續外力影響 46
4.1.2 算例2:剛體質點受持續彎矩力影響 48
4.1.3 算例3:剛體質點受持續速度影響 50
4.1.4 算例4:剛體質點受持續角速度影響 51
4.2 三維剛體運動驗證 53
4.2.1 算例5:三維剛體薄板受一持續角速度作用 53
4.2.2 算例6:三維剛體塊體受持續三方向角速度作用 55
4.3 頂點對面碰撞程式模擬 58
4.3.1 頂點對面之正向碰撞 58
4.3.2 頂點對面之偏心碰撞 62
4.4 稜邊對稜邊碰撞程式模擬 67
4.4.1 稜邊對稜邊之正向碰撞 67
4.4.2 稜邊對稜邊之偏心碰撞 69
第五章 結論與建議 71
5.1 結論 71
5.2 建議 72
文獻回顧 73
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論文全文使用權限:同意授權於2019-09-03起公開