지난 겨울, 테니스 센터의 공기 주입식 돔이 폭설 동안 붕괴되어 엔지니어들에게 두 가지 가설을 남겼습니다: 내부 압력을 낮춘 송풍 시스템의 고장 또는 멤브레인 이음매의 치명적인 파열. 사고를 규명하기 위해, 당사의 법의학 분석 팀은 Rhino 3D에서 돔의 형상을 재현하고 엄격한 다물리 연구를 수행했습니다. 구조 해석을 위한 SAP2000과 유체 역학을 위한 Ansys Fluent를 결합하여 붕괴의 정확한 순서를 파악할 수 있었습니다.
연성 시뮬레이션: Ansys Fluent의 적설 및 풍하중 🌀
Rhino 3D 모델은 NURBS 표면으로 Ansys Fluent로 내보내졌으며, 여기서 90km/h의 돌풍 프로파일과 45kg/m2의 적설량을 가진 풍속 영역이 설정되었습니다. 동시에 SAP2000에서 멤브레인은 설계 내부 압력 250Pa를 가진 케이블-멤브레인 요소로 모델링되었습니다. CFD 시뮬레이션은 풍하중 하에서 바람을 맞는 면의 동적 압력이 후면 덮개에 저기압을 생성하여 세로 이음매의 응력을 증가시키는 것을 보여주었습니다. 결과는 내부 압력이 180Pa 미만으로 떨어지면 PVC 재료의 항복 한계를 23% 초과하는 과도한 변형이 발생함을 보여주었습니다.
촉매 검증: 송풍 대 이음매 파열 🔍
데이터 비교는 결정적이었습니다. 시뮬레이션은 이음매 파열이 비대칭적이고 빠른 붕괴를 일으켰을 것임을 시사한 반면, 송풍 고장은 사고 이미지에서 관찰된 변형 패턴과 일치하는 점진적이고 대칭적인 침하를 생성했습니다. SAP2000에서 추출한 내부 압력 대 시간 곡선은 250Pa에서 0Pa까지 4초 동안 선형적으로 감소하여 팬 정전의 전형적인 패턴을 보여주었습니다. 따라서 붕괴는 캔버스 파열이 아닌 가압 시스템의 전기적 고장으로 인해 시작되었음이 확인되었습니다.
비대칭 적설 하중 하에서 공기 주입식 돔의 동적 불안정성을 정확하게 시뮬레이션하기 위해 유한 요소 해석에서 모델링해야 하는 강성 및 구조 감쇠 매개변수는 무엇입니까?
(추신: 붕괴를 시뮬레이션하는 것은 쉽습니다. 어려운 것은 프로그램이 다운되지 않도록 하는 것입니다.)