Aircraft Impact Analysis of World Trade Center Tower by Using ASI-Gauss Technique


 本研究では,飛行機の衝突,その後の火災発生から崩壊までの過程を連続的に解析することを最終目標とし, 計算コストを最小限に抑えた有限要素解析システムを構築した.解法には,骨組構造体の衝突崩壊問題に対して 有効な手法として開発されたASI-Gauss法7)を適用し,これをニューヨーク世界貿易センタービル2号棟(WTC2)の 動的解析に適用した.ASI-Gauss法は,部材の性状に合わせて要素内の数値積分点を順応的にシフトすることで, 計算コストを低く抑えることが可能な順応型Shifted Integration法(ASI法)をさらに改良した手法である. ASI-Gauss法では,2つの線形チモシェンコはり要素をサブセット要素として考え,そのガウス積分点に相当する 位置に応力評価点を配するように数値積分点をシフトすることで,弾性変位解の精度を向上させている.また, 積分点のシフトと同時に断面力を解放することで破断を表現し,幾何学的な位置関係に基づいて要素間を ギャップ要素で拘束することで接触を表現可能としている.本論文では,新たに加えたギャップ要素の 拘束解放判定アルゴリズムについて記す.また,可能な限り実情報に基づいて モデル化されたWTC2に対し,ボーイング767-200ER型航空機が衝突した際の挙動を解析した結果について報告する.

In this paper, the previously developed ASI-Gauss technique is applied to an aircraft impact analysis of New York World Trade Center Tower 2 (WTC2), to evaluate the structural vulnerability and behavior of the aircraft, at the horrifying scene that occurred in 2001. The ASI-Gauss technique is a modified version of the formerly developed Adaptively Shifted Integration (ASI) technique for the linear Timoshenko beam element, which computes highly accurate elasto-plastic solutions even with the minimum number of elements per member. The ASI-Gauss technique gains still higher accuracy especially in elastic range, by placing the numerical integration points of the two consecutive elements forming an elastically deformed member in such a way that stresses and strains are evaluated at the Gaussian integration points of the two-element member. From the numerical results, propagation of the shock waves resulted from the impact and high-level stresses in the structural members were observed. We could also see how the main wings of the aircraft cut through the perimeter columns and spandrels, how the debris moved through the building and to where it caused damage. Moreover, the velocity reduction of the right engine and the location from where it moved out of the building were in good agreement with the observed data.