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  • A building modeled with the molecular dynamics-based structural modeling approach

    A building modeled with the molecular dynamics-based structural modeling approach

    Image courtesy of Kostas Keremidis

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原子尺度的竖集

A building modeled with the molecular dynamics-based structural modeling approach

To predict building damage, Kostas Keremidis of the 澳门太阳城最新网站的混凝土可持续发展中心 is modeling structures as ensembles of atoms.


记者联系

安德鲁·洛根
电子邮件: alogan@mit.edu
电话:617-715-5104
澳门太阳城最新网站的混凝土可持续发展中心

To design buildings that can withstand the largest of st要么ms, Kostas Keremidis, a PhD candidate at the 澳门太阳城最新网站的混凝土可持续发展中心, is using research at the smallest scale — that of the atom.

他的做法,从材料科学部分派生,机型建设为通过像那些在原子尺度上发现的力量相互作用的点的集合。

“当你看一个建筑,它实际上是一个系列栏目,门窗等之间的连接,说:” keremidis。 “我们的新框架着眼于不同的建筑构件如何连接在一起,形成一个建筑像原子形成分子 - 类似的力量将它们固定在一起,无论是在原子和建筑规模”的框架被称为分子动力学为基础的结构模型。

最终,keremidis希望它会提供开发商和制造商提供易于预测建筑就像从飓风和地震灾害损坏了新的途径。

制作模型

But bef要么e he can predict building damage, Keremidis must first assemble a model.

他开始通过拍摄建筑物和其除以各元素为节点,或“原子”。这就是所谓的标准程序“离散化”,即建筑物划分为不同的点。然后他根据其材料给出了每个“原子”不同的性质。例如,每一个“原子”的重量可能如果它是一个地板,门,窗的一部分,等等依赖。它们造型后,他定义他们的债券。

点之间在建筑物模型键的第一类型被称为轴向键。这些描述如何元件在其翼展方向的负荷下变形 - 换句话说,它们模型一列如何收缩,然后在负载下篮板,象弹簧。

所述第二类型的连接的角键,其表示如何元素,如在横向方向上的光束弯曲这一点。 keremidis使用这些垂直和横向的相互作用不同建筑构件的变形和断裂建模。当这些债券变形太多断裂发生,就像在真正的结构。

看到他的建筑之一,怎么会像风暴或地震条件下车费,keremidis必须进行彻底的测试下,许多模拟这些组装原子和它们的债券。

 “一旦我有我的模型,我的大楼,我再运行大约10,000个模拟,”解释keremidis。 “我可以分配10000个不同的负载将一个元件或建筑,或我还可以分配元件10000个不同的属性”。

他评估这些模拟的条件或特性的结果,keremidis返回键。 “当他们在模拟过程中变形,这些债券将尝试把建筑物回到它原来的位置,”他说。 “但他们也可能会损坏了。这是我们的模型伤害 - 我们算多少债券被破坏,其中“。

这种损坏发生在细节

The model’s innovations actually lie in its damage prediction.

传统上,工程师使用的方法称为有限元分析模型构建的损坏。像澳门太阳城最新网站的做法,这也打破了一个建筑物成组成部分。但它通常是周围设置的元件的弹性一个耗时的技术。这意味着它可以在建筑物只有小变形进行建模,而不是大型非弹性变形,断裂等,这经常飓风负载下发生。

他的分子动力学模型的一个额外的好处是keremidis可以探索“不同的材料,不同的结构特性,以及不同的建筑物几何形状”通过用原子和它们的键的布局和性质播放。这意味着,分子动力学可以模拟潜在建筑物的任何元素,更迅速,太。

通过缩放这种做法超出了个别建筑物,分子动力学也可以更好地了解城市,州,甚至是联邦危险减缓的努力。

为减灾,城市目前依赖于所谓的HAZUS联邦应急管理署(FEMA)的模型。它需要历史气象数据和十几个标准的建筑模型来预测一个社会可能造成危害时遇到的损害。

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澳门太阳城最新网站的模式,但是,将让利益相关者进入更精细的细节。 “与联邦紧急事务管理局的HAZUS,分类目前的水平太粗糙。相反,我们应该有50或60的建筑类型,说:” keremidis。 “我们的模式将使我们能够收集和模拟这种更广泛的建筑类型。”

因为它测量由原子间计数断裂的键损坏,分子动力学方法也将更容易量化危险类似于风暴或地震可以在社区造成的损害。灾害损坏的这样一个量化的认识应导致的减排成本和恢复的更准确的估计。

根据美国国会预算办公室,暴风目前引起$ 28日十亿在损伤的速度递增。通过2075,否则将导致$ 38十亿,由于气候变化和沿海地区的发展。

With a molecular dynamics approach, developers and government agencies will have one m要么e tool to predict and mitigate these damages.

澳门太阳城最新网站的混凝土可持续发展中心的研究人员是来自全国各地澳门太阳城最新网站的几个部门对混凝土和基础设施的科学,工程和经济学的工作团队。它的研究是由波特兰水泥协会和预拌混凝土的研究和教育基金会的支持。


主题: 混凝土可持续发展中心, Civil and environmental engineering, 工程学院, 可持续性, 具体, 飓风, 气候变化, 材料科学, 自然灾害

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