动力边界模型对土与结构非线性动力系统数值计算影响的分析

对不同参数条件下自由的远置边界、固定的远置边界、简单的远置边界、粘性局部人工边界和粘弹性局部人工边界等动力边界模型对土与结构非线性相互作用数值计算的影响进行了分析,根据实例计算分析了各种动力边界模型的有效性、数值计算量及计算结果的可靠性。分析结果表明：不同的远置边界模型,对地基计算的合理取值范围有重要的影响,而只要地基的计算范围取得合理,都获得可靠的数值计算结果;粘性与粘弹性局部人工边界对数值计算结果虽有一定的影响,但具有足够的可靠性,而且可把地基计算范围取得较小,大大地减小数值计算量,在满足工程设计计算精度要求的基础上有效地节约计算成本．     

基于无厚度Goodman单元的粘弹性人工边界模拟

基于粘弹性人工边界,推导了三维一致粘弹性人工边界单元的刚度矩阵和阻尼矩阵.利用边界单元厚度对计算结果影响不大,引入了一种新的一致粘弹性单元的模拟方法,即无厚度Goodman单元.基于无厚度Goodman单元对一致粘弹性边界单元进行模拟,并通过半无限空间和均匀半空间的算例进行验证.结果表明,使用无厚度Goodman单元实现的一致粘弹性边界单元简单、实用性强,并且可以得到足够的精度.相比于有厚度的边界单元,无厚度Goodman单元符合边界单元无厚度的实际情况,理论完善,且对于可能存在的边界不规则情况适用性强.     

非线性结构-地基动力相互作用问题的高效算法

引入等效一致粘弹性人工边界单元及其输入方法,提出了广义坐标变换方法解决非线性结构-地基动力问题分析的高效方法.基于结构非线性动力反应问题算例与结构-地基动力相互作用系统整体算例,探讨了高效算法用于非线性结构-地基动力相互作用问题的可行性,为实现大型结构-地基系统非线性动力反应问题的快速分析奠定了基础.算例表明,作为一种快速数值计算方法,引入广义坐标变换解决强震作用下的结构-地基动力问题十分有效.     

基于ABAQUS的三维粘弹性边界单元及地震动输入方法研究

基于大型通用有限元软件ABAQUS,利用FORTRAN语言编写了适用于粘弹性人工边界的外源波动输入子程序SDAB.FOR.该子程序包含粘弹性边界和加载两部分,粘弹性边界通过子程序UEL结合隐式积分算法定义粘弹性边界单元对整个系统的雅克比矩阵贡献来实现;人工边界上的总波场分解为无局部场地效应影响的自由场与局部场地效应引起的散射场,地震波作用于人工边界的自由场荷载可由设计地震动位移时程和速度时程统一表达,利用描述法向荷载和切向荷载的加载子程序DSLOAD、UTRACLOAD实现,从而可方便实现地震动的有效输入,避免了单独求解自由场.将考虑粘弹性边界条件的外源波动输入和内源地震动输入方法分别应用于某高拱坝的动力响应分析,并与常规无质量地基模型计算结果进行了对比,结果表明,考虑地基辐射阻尼的两种地震动输入方法均会显著降低结构的动力响应,其中采用外源波动输入方法的降幅更大.     

边界面模型在ABAQUS的开发应用

目前岩土动力分析中,土体的本构模型大多采用等效线性粘弹性模型,其仅是通过迭代的手段来近似地反映土体的剪切模量与阻尼比随应变水平的非线性关系,不能反应孔压的增长和永久变形的发展,与土体的真实特性尚有较大差距.因此采用能反映土体动力特性的弹塑性模型是十分有必要的.给出了边界面模型的Euler向后本构积分算法和的一致切线模量矩阵的推导,介绍了利用UMAT子程序在ABAQUS中开发了边界面模型的具体过程.对三轴不排水静、动力试验进行了数值模拟.结果表明,所开发的边界面用户材料子程序具有较好的稳定性和较高的计算精度,从而可利用ABAQUS前后处理方便、计算精度高和模拟复杂问题能力强的优点,为岩土动力分析提供了一种可供选择的手段.     

重力坝动力分析黏弹性人工边界及其地震动输入处理方法

基于黏弹性人工边界理论,探讨了无厚度Goodman单元模拟黏弹性人工边界可行性,推导了与之相适应的地震动输入方式在有限元中的实现过程,并通过经典的Lamb算例和重力坝—地基—库水系统的地震动力反应实例进行验证。结果表明:该单元代替弹簧—阻尼器的方法,使黏弹性人工边界的施加方式更为简单,易于实现,操作性强,同时又能够保证计算精度和计算效率。与传统的无质量地基模型相比,本文的黏—弹性人工边界方法能够很好地考虑地基辐射阻尼的作用,更符合实际工程情况,从而可为同类工程的抗震分析提供参考。     

采用断续附设边界的间接边界单元法解位势问题

本文提出了在间接边界单元法界采用断续的附设边界来求解位势问题.该方法避免了奇异积分,简化了计算,同通常的奇异间接法相比,它大大地提高了计算精度.     

考虑衰减波特性的透射边界及其实现

针对几何衰减外行波,推导了几何衰减平面波多次透射边界、几何衰减球面波多次透射边界以及2种边界的频域反射系数,与无衰波多次透射边界相比,基于几何衰减波特性的多次透射边界在透射几何衰减外行波时,反射系数最小.通过对有限元分析软件ANSYS进行二次开发,成功地将几何衰减波多次透射边界、无衰波多次透射边界以及粘弹性人工边界嵌入到有限元软件中,由3种人工边界下散射问题的有限元数值算例结果可知:考虑衰减波特性的二阶透射边界计算精度最高.     

一种实现复杂初始地应力场精确平衡的通用方法

初始地应力场是岩体工程结构有限元分析的重要初始条件,为了实现初始地应力场平衡,传统做法是在计算模型上施加与之相平衡的外荷载(体力、边界力),但外荷载往往组成复杂甚至不可知,且施加边界荷载所要求的模型边界条件通常与初始地应力平衡后结构计算分析所要求的模型边界条件不一致,这就为初始地应力场平衡带来了困难.为此,本文提出了一种可以实现复杂初始地应力场精确平衡的通用方法,该方法的基本思路是直接在有限元计算模型中施加结点荷载来与初始地应力场进行平衡,从而完全避免了由于外荷载的不可知以及边界条件不一致性所带来的困难;此外,由于所施加结点荷载是直接由初始地应力场通过单元积分计算出来的,故可实现初始地应力场的精确平衡.算例分析表明,所提出的方法不仅简便易行,且精度很高,是一种实现复杂初始地应力场平衡的通用方法.     

边界单元法在地基动力分析中的应用

本文系采用边界单元法对半无限地基进行三维动力分析.分析表明,在半无限体的三维动力分析中,该法远比有限单元法优越得多.文中有关基础与地基间相互作用的动力分析问题的讨论,仅限于三维刚性基础和均质线弹性(或粘弹性)土体.本文将动力问题用边界元法表示成时间域中的公式,并以逐步积分法求得相应的动力反应.最后,将圆形和矩形刚性基础的计算结果与理论值相比,两者十分吻合.     

Efficient Procedure for Seismic Analysis of Soil-Structure Interaction System

Introduction Dynamic soil-structure interaction systems have been studied for many years. Under seismic excitations the soil-structure interaction system is infinite, and there exists energy exchange between the superstructure and the foundation[1]. The m…     

装配式钢筋混凝土管型通道地震响应分析

文章通过沿人工边界设置一系列由弹簧和阻尼器组成的简单物理元件的黏弹性人工边界来模拟无限地基,建立了土-装配式钢筋混凝土管型通道地震动力相互作用的二维有限元模型。利用ANSYS中APDL参数化语言编制了相应的程序,对某装配式钢筋混凝土管型通道进行了地震响应分析,探讨了其动力反应特性及动力响应规律,以期对实际工程建设有所裨益。     

二维粘弹介质五点八阶超紧致有限差分声波方程数值模拟

本文首次将五点八阶超紧致有限差分格式(CCD8)用于粘弹介质声波方程的数值模拟中。此文根据泰勒级数展开粘滞声波方程,建立了位移场时间二阶离散格式,将CCD8用于对位移场空间导数的求取。然后,对CCD8格式进行稳定性研究,频散的压制效果对比分析,及截断误差对比。将CCD8格式运用于均匀介质模型以及水平层状介质模型中进行数值模拟,最后运用于对Marmousi模型的数值模拟中。研究结果表明：(1)CCD8与普通八阶紧致差分相比,具有更小的截断误差、更高的模拟精度以及低数值频散的优势;(2)CCD8具有较高稳定性;(3)采用完全匹配层(PML)对人工边界进行处理后对均匀介质、含有层状介质以及Marmousi模型进行粘弹声波方程的数值模拟,发现模拟效果不错,从而验证了方法的实用性和有效。     

远场地震动作用下地铁车站结构动力响应分析

基于ABAQUS有限元软件,针对深软场地条件,建立了土-结构动力相互作用模型。利用Python二次开发程序实现了黏弹性边界的自动施加。考虑远场大震波及人工波的不同频谱特性,对典型两层三跨地铁车站结构动力响应进行了研究。结果表明:车站结构动力响应受输入地震动的峰值加速度及频谱特性影响明显,结构在不同地震波作用下关键部位的内力及位移变化趋势一致。大震远场波作用下和人工波作用下的车站相对位移曲线形状有差异。对于典型的框架式地下车站而言,中柱的内力反应最大,为最不利受力构件,设计时应重点考虑。深软场地对地震波具有低频放大、高频滤波的效果,远场大震波中的低频含量丰富;与人工波作用相比,车站关键位置地震动峰值加速度(PGA)增大明显。     

基于无质量地基模型的重力坝地震响应分析

假设在大坝附近一定范围的地基是线弹性、无质量的、地震激励均匀作用在边界上,采取人工模拟合成地震波,建立无质量地基模型,对龙滩重力坝-地基系统进行了地震响应分析.计算结果表明坝体动力反应一般滞后于地震波,且滞后程度与坝体结构刚度有关,同时,坝体内大部分拉应力均大幅度减小,但坝踵部位的拉应力有所增加,坝上游折坡点附近还有一定的拉应力.与考虑了粘弹性人工边界模型相比,无质量地基模型的动力响应峰值增加了4%~59.8%.     

用功率灵敏度分析方法求解实用动态安全域

电力系统动态安全域已越来越为人所接受,它可以提供更为丰富的安全裕度信息,有着广阔的在线应用前景．大量的数值仿真计算表明,动态安全城的暂态稳定临界面可近似表示为超平面．为此,提出了一种动态安全的解析求解方法．该方法应用暂态能量函数分析给出了注入空间上的实用动态安全判据,并通过对事故前、事故中和事故后系统分别进行功率灵敏度分析,推导出了超平面形式的实用动态安全城解析表达式．由于该方法只需进行线性化处理,因而计算速度快,其精度也在工程允许范围之内．读方法的有效性在New England 10机39节点系统得到了验证．     

基于MLPG法的动态断裂力学问题

利用无网格局部Petrov-Galerkin(MLPG)方法分析了受瞬态载荷作用的动态断裂力学问题.采用移动最小二乘近似函数为试函数,并利用罚函数法施加本质边界条件.同时,利用纽马克法进行时间积分.最后求解了双缺口板尖端附近的应力场,以及Ⅰ型和Ⅱ型应力强度因子随时间的变化关系.算例表明:利用MLPG方法分析受瞬态常压力作用的动态断裂力学问题是可行的和有效的,且具有效率高和容易分析的特点.