汽车-路面-路基系统动态响应及参数分析

为了研究汽车与公路路面的相互作用机理,采用二自由度四分之一汽车悬架模型模拟汽车系统,用无限长Bernoulli-Euler梁模拟公路路面,用Kelvin黏弹性地基模拟公路路基,同时对汽车和路面建模,构成二维汽车-路面-路基系统.通过线性振动理论、积分变换和广义杜哈梅积分得到了汽车和路面的动力响应解析解及路面响应在时间域和空间域的分布规律.另外,分析了车速、地基反应模量、地基阻尼系数、悬架刚度、悬架阻尼、轮胎刚度和轮胎阻尼7个参数对路面动力响应的影响.结果表明,地基反应模型的影响最大,而车速的影响与地基阻尼系数密切相关.     

无限域中波传播问题的数值计算模拟

论述了标量波和矢量波在无限域中传播所涉及的有关数值计算模拟问题.根据有限元方法所固有的特点,无限域中波传播问题近域部分的几何复杂性和介质材料多变性均可采用有限元模拟.为了避免在近域与远域的分界面处发生波的反射与折射,需要在该分界面处施加一些特殊的处理方法.对于波辐射问题,可在近域与远域的分界面处施加所谓的波吸收边界.而对于波散射问题,可在近域与远域的分界面处使用动力无穷元将入射波从近域传播到远域.为了演示如何应用这两种不同方法模拟远域的影响,不仅通过考虑无限域中的标量波辐射问题推导了高阶精度波吸收边界的数学表达式,而且还通过考虑无限域中的矢量波散射问题推导了二维动力无穷元的有关计算公式.运用有限元与动力无穷元耦合方法,研究了不同地形条件对河谷表面自由场分布的影响.     

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．     

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.     

周期分布结构-地基系统在竖向传播地震作用下的透射边界模型

结构-地基有限模型中传统的固定（或自由）边界错误地将地震能量全都陷入结构的计算模型,严重影响了结构地震反应的计算精度．为了改善这一不合理状况,该文提出周期分布结构-地基系统在竖向传播地震作用下的透射边界模型,用于处理结构-地基的动力相互作用。在地基有限模型的底面使用阻尼或改进的阻尼透射边界,侧边使用捆绑边界。文中算例表明该透射边界模型不仅有效,而且还能应用于一般结构-地基系统的非线性动力反应分析。     

高层建筑结构-地基动力互相作用地震反应分析

针对结构与地基体系动力相互作用的影响,改进了高层建筑采用桩筏基础时结构-地基体系动力分析模型;提出了在水平地震作用下定量计算结构振动特性及内力的方法;通过算例分析了考虑结构-地基体系共同作用时,桩基体系动刚度及桩头部位参振土质量的取值变化对结构振动特性及内力的影响,以期定量计算结构振动特性及其内力变化,真实反映结构-地基体系动力相互作用的影响。     

不同激励方式的结构—地基—结构地震反应

导出了适合于基底多支点输入的结构－地基－结构相互作用系统动力方程,比较了地面输入和基底输入两种激励方式对结构地震反应的影响,得到了结构－地基－结构相互作用的一些规律。     

复杂地基—结构系统波动与动力问题的研究

分析了“复杂地基-结构系统波动与动力问题的研究”项目的研究背景．详细的阐述了在波的入射与传播问题以及复杂地基-结构系统动力问题方面的主要研究内容．简单介绍了项目的研览成果及评价。     

海上风电工程结构与地基的关键力学问题

作为一种新型清洁能源,海上风力发电受到人们的广泛关注,近十年发展迅猛．海上风电结构既不同于陆上风电结构,也区别于传统的海洋平台,既要考虑风对风机、塔架的作用,也要考虑波、浪、流、冰对水下支撑结构和地基的作用,还要考虑高倾覆力矩作用下地基的变形和承载力．然而,与之相关的水动力学、土力学、结构动力学及流．固一土耦合力学等的现有理论,还远不能满足工程设计和建设的需求,亟待发展．本文在阐述海上风电工程发展现状、结构形式与特征的基础上,重点阐述有关海上风电结构（包括固定式和浮式）的耦合水动力载荷与响应、地基的动力响应与承载特性的研究发展趋势,从水动力学、土力学和结构动力学的角度,凝练其中亟待开展深入研究的关键科学问题,包括：近海复杂海洋环境条件、海上风机系统的耦合水动力载荷、支撑结构和地基的动力响应等,并据此提出近期研究的发展方向,为从事海上风电工程研究和建设的科技人员提供参考．     

空间结构-地基动力相互作用数值分析时域算法研究

对于大型结构地震响应分析,结构-无限地基耦合系统动力分析的数值实现,往往由于有限元网格过多,以及地基无限域时域计算模型中存在的复杂卷积运算,严重限制了求解规模.为解决此问题,提出了基于阻尼溶剂抽取法的三维结构-地基相互作用分析的分区时域逐步求解模型.并针对三维大规模工程问题的数值求解,在积分算法及矩阵存储格式等方面,结合阻尼溶剂抽取法的特点进行了详细的探讨,以推进动力相互作用时域数值分析的实用化.以三维全空间球形空腔动力变形及大岗山拱坝的地震响应分析为例,针对上述数值实现算法进行了具体验证,并就不同的地基弹模及地震波输入方式对坝体响应的影响进行了探讨.计算结果表明,地基辐射阻尼以及河谷散射效应对结构的动力响应有很大影响,而该模型表现出了良好的精度和计算效率.     

Research on Dynamic Properties of Frame Structure on Semi-Infinite Foundation

In this paper, the semi-infinite foundation is divided into far and near domains, and they are simulated by the super-parameter mapping dynamic infinite element and the ordinary finite element respectively. A coupling element between the superstructure and ground is also suggested where by a mathematical model of numerical analysis for that system is established, on the basis of which the effect of the foundation far domain, the elastic modulus ratio between the height and span of the structure and input patterns upon the dynamic properties of the system is analysed and studied. Accordingly, the results show that the effect is apparent.     

地基基础-坝体体系动力特性及地震反应分析的有限元与无限元耦合法

编制了有限元及有限元—无限元耦合计算程序，利用其分析了广西源口拱坝在有限域及无限域地基下的动力特性与动力响应，并与常规刚性地基下坝体的动力特性、动力响应进行比较，得出结论：1．弹性地基下拱坝自振频率减小、动位移最大值增大；2．耦合分析法具有较高的精度和显著的经济性，是工程应用中值得推广的一种分析方法。     

无限元在坝,水地基系统动力分析中的应用

本文提出一种无限元,通过选用不同的衰减函数,可以分别用于静力场、动力场及各类稳定场问题.文中用无限元模拟了无限地基的弹性及动水压力场的分布规律,计算了紧水滩拱坝的动力特性和动力反应.并和常规的有限元法对比,结果表明:用无限元模拟拱坝的地基和库水能更好地反映坝、水、地基的动力相互作用机理,节省了地基和库水单元,减少了总自由度数,从而缩减了计算机内存、CPU时间和数据准备工作量.本文的无限元在形式上类似于常规的等参数单元,易于在现有的有限元程序中加入无限元子程序段,因此,便于工程技术人员掌握,是一种值得推广为工程实用的有效新单元.     

基于无限元和波场分离法的地震响应数值分析

用无限元模拟远场地基,有限元模拟近场区域,并在有限元和无限元接触处施加等效荷载以输入地震作用,从而求解半无限地基的地震响应.通过算例对边界和地震输入方式进行验证,研究剪切波作用下,重力和土与结构相互作用对场地地震响应的影响.结果表明:基于无限元和波场分离法的地震输入,能够有效仿真波动在半无限地基中的传播过程;重力对水平地震运动无影响;土与结构相互作用效应使短周期段加速度反应谱值降低,而长周期段加速度反应谱值增加;土与结构相互作用对岩石地基水平位移无影响,但使结构底部地基的最大主应力和最小主应力幅值增大.     

离散单元法分析隔振沟引起的强夯变形和应力变化

为有效分析隔振沟对强夯引起的土体变形和应力的影响, 基于二维离散元法理论和已有的砂土地基强夯离心机试验, 建立了强夯的地基处理模型, 研究了隔振沟深度和位置对地基表面隆起的影响, 从颗粒尺度方面对隔振沟外 3 m 范围内的应力变化进行了探讨. 结果表明: 隔振沟可以有效减小地基表面的隆起变形, 但隔振沟位置和深度对地表的隆起变形影响较小; 隔振沟对应力变化的影响随观测点深度的增加逐渐减小, 当深度达到地面以下 4 m 时, 隔振沟的设置对远离震源一侧监测点处的应力变化影响很小.     

一种分析层状介质—结构相互作用的多元耦合模型

从全空间频域动力基本解出发，考虑到层状介质中多种波成分的存在，提出了一种可以同时传递Ｐ波和ＳＶ波的动力无穷元，并与文中提出的一种具有面力衰减特性的动力无限边界元耦合，建立了层状介质—结构动力相互作用问题的无穷元（ＩＦＥ）—无限边界元（ＩＢＥ）—有限元（ＦＥ）—边界元（ＢＥ）耦合模型。该模型在分析层状介质—结构相互作用时，具有以下优点：回避了复杂的层状介质基本解，可以考虑波的斜入射。数值计算结果表明了所提出的耦合模型对分析层状介质上结构的动力响应具有良好的计算精度。     

层状地基分析的半解析─无限元法

将半解析法与无限元法结合起来求解层状地基。先取足以能考虑地基层状性质影响的适当大的近场，用半解析法建立其控制方程，再用无限元法建立远场的控制方程，最后将两者耦合起来，这种耦合方法既能较好地考虑地基的层状性质．又能大大地减少近场的未知量个数，同时满足远场在无穷远处位移衰减为零的边界条件。     

上部结构—基础—地基共同工作数值解法

采用结构杆系有限元,基础梁有限元和地基无穷边界元,三者联合求解上部结构－基础－地基的共同工作问题,提出杆系有限元与基础梁有限元、基础梁有限元与地基无穷边界元的耦合方法,通过实例计算,分析结构－基础－地基的相互关系与同共工作机理。     

矩形薄板与无限层土地基的相互作用

用半解析单元法分析了矩形薄板与无限层土地基的静动力相互作用，提出了板单元和地基单元半解析位移函数。采用在水平两方向解析，在竖向进行离散化的方法，使三维相互作用的问题简化为一维数值计算问题。根据半解析单元法编制的程序操作简单，收敛速度快，提高了计算精度，大大减少了计算工作量。数值计算表明，在工程上必须注意基础附近的表层土的弹性模量的确定，而较深处层土的特性可粗略估计。     

弹性地基梁动力响应的Floquet变换解法

利用弹性地基梁在纵向上的无限周期性,在频率-波数域内探讨了在Dirac脉冲作用下弹性地基梁动力响应的Floquet变换解法,并利用Fourier变换解法进行了验证.结果表明Floquet变换解法在解决弹性地基梁动力响应上具有一定的适用性,为此类问题的解答开辟了一个新的途径.