前天泉州的一棟鋼框架賓館發生倒塌，事故情況等待官方調查結果。成熟且負責任的做法，終歸是等官方報告出來，不亂揣測、不亂傳謠、不亂信謠、不亂造謠，願受傷的同胞安好。
以前有位非本專業的前輩讓Gin用一句話概括土木工程是做什麼的，於是愣頭愣腦地給了個掉書袋的定義“土木工程是研究外部荷載與內部抗力之間平衡哲學的應用科學”（此處應有微笑的表情）。三省吾身之後終於參悟了普及版的定義“一項土木工程，如同一副軀體，我們要做的事就是搭起一副能夠支承的‘骨骼’”。
這裡其實已經回答了標題中的疑問：敲掉家裡的牆和柱，就是卸掉軀體裡的骨骼，即使送你去月球，大概率也會垮掉。Gin的授業恩師曾教導道，“任何科學道理，都可以很簡潔的形式呈現，如果繁冗複雜，終歸是認知不到位、不深刻”。但這篇文案，除了力求簡潔地閒聊散扯，也希望聊點從薄到厚的東西。因此，補充了些建築倒塌的研究內容，並給出了Abaqus模擬三層鋼框架去底層中柱的倒塌分析案例，包括單元失效、剛體約束、顯式分析、接觸控制等等。
一、學不知所起？
事物表象的背後，總受各種原因的支配。而研究倒塌的根本動力，始終將回歸於廣泛而深刻的現實需求。關於房子為什麼會倒的問題，我們可以從
內部和外部兩個方面去思考：一方面，火災、地震、恐怖襲擊等，均為外部原因致使建築倒塌，也都對應極慘痛的現實教訓，如Ronan point公寓失火而倒塌、汶川地震造成大量房屋震塌、世貿大廈受撞擊和火災而倒塌等；另一方面，因設計不合理、施工不合格、管理不到位，就算無災無難，倒塌也註定會成為一些房屋的宿命。
基於此，眾多學者花費了大量的經濟成本、智力成本和時間成本展開研究，web of science上搜一搜structural collapse，檢索的論文能看好幾年(避免刷引用的嫌疑，這裡就不推薦文章啦)。什麼拉結構件法、拆除構件法的分析方法，什麼GSA、DoD的設計要求，所關注的、所要得到的，無非是結構在構件失效情況下的非線性力學過程與各階段承載力的計算方法。這裡的非線性包括材料非線性和幾何非線性，二維平面的懸鏈線效應以及三維空間的薄膜效應是不容忽視的關鍵。
薄膜效應或懸鏈線效應在F-D曲線上應該有的樣子
二、操千曲而後曉聲
對於建築倒塌機理的認知、理解和研究，建議學好英語、高分過六級，多看文獻，打好數學和力學的功底，應花時間、不宜速成。但是，對於abaqus這種萬金油般的存在，還是有些固定套路可供推敲。
首先，有圖才能說個…
對於大變形、高度非線性的分析，隱式分析可以提前say bye。顯式分析是將荷載以時程的形式施加於結構，直接積分獲得結構響應。 顯式分析不存在收斂性的問題，但可能因拉格朗日網格過度扭曲導致分析中斷或積分發散導致結果失真。
建築倒塌的過程必定伴隨著構件碰撞和材料失效，這要求我們必須定義接觸性質和材料失效條件。對於前者，我們採用顯式通用接觸，hard contact模式，摩擦係數為0.2；對於後者，使用單元刪除技術，鋼材使用延性損傷模型。
需要補充說明的是，在建築倒塌的過程中，構件雖然發生斷裂，但並未消失，這是單元刪除技術所不能模擬的。單元刪除技術計算量相對較小，且結果相對準確，一般來說，可以被工程實際接受。如果要模擬構件斷裂但單元仍未消失的情況，可以嘗試xFem。
建築倒塌時，將與地面將發生碰撞。我們把地面指定為剛體，定義參考點後，使用
rigidbody constraint進行約束。
Submit job之後，你看，鋼柱在倒塌過程中發生了彎扭屈曲。
你看，單元在倒塌過程中發生了接觸和碰撞失效。
你看，這是廢墟散落一地的樣子。
閱讀更多 卓越工程師 的文章
