SH波作用下浅埋隧洞的动应力集中特性

针对平面SH波作用下浅埋隧洞的动力响应问题,采用复变函数和多极坐标方法,研究了入射波频率、入射角度以及隧洞埋深对隧洞动应力的影响规律.研究结果表明:低频波入射时隧洞埋深对动应力集中系数分布影响不大,但高频波入射时影响较为明显;随着入射波与水平面角度逐渐增大,隧洞动应力集中系数(dynamics stress conce...     

SH波对界面圆柱体夹杂下半圆脱胶的散射分析

本文采用有限元法研究近场界面圆柱夹杂脱胶结构对瞬态SH波的散射和动应力集中系数问题。用有限元法模拟弹性波在半无限介质中的传播,用ANSYS进行计算,给出了部分节点的位移、应力时程解和夹杂周边的动应力集中系数,讨论圆柱夹杂、介质参数以及渡数对动应力集中和各点位移带来的不同影响,并进行对比分析。     

含衬砌孔洞的凸起的垂直入射SH波的动力分析

采用复变函数法，求解半无限空间中含圆形衬砌孔洞的半圆形凸起对稳态SH波的散射问题，给出在一定边界条件下的SH波散射的动力分析的解析方法．利用介质与衬砌结构在交界处应力、位移的连续性，构造一个可以自动满足凸起边界上应力边界条件的圆域对SH波散射的波函数．再利用波函数将圆域与半圆形凹陷半空间的“公共边界”进行“契合”，并对该问题进行求解．给出了当稳态SH波垂直入射时2种无量纲参数下的算例分析，讨论了波数与衬砌厚度变化对动应力集中的影响．介质和衬砌内动应力集中系数随孔径、衬砌厚度、波数变化而变化，且与衬砌性质有关．     

地下圆形衬砌洞室在平面P波和SV波入射下动应力集中问题的级数解

利用Fourier-Bessel级数展开法，研究了平面P波和SV波入射情况下，圆形衬砌洞室的动应力集中问题，并给出了其级数解．数值结果表明。衬砌刚度对动应力集中系数具有重要影响，刚性衬砌、无衬砌和柔性衬砌三种情况的动应力集中系数在空间上的分布相同，但刚性衬砌情况的动应力集中系数最大，无衬砌情况次之，柔性衬砌情况最小；随着入射频率的增大，动应力集中系数的空间变化由简单逐渐变得复杂，动应力集中系数在多数情况下逐渐减小；波入射角度对动应力集中系数也有很大影响．     

双相介质椭圆形孔洞及界面裂纹对SH波的散射

采用复变函数法、格林法和保角映射法研究了双相介质半空间界面裂纹及其附近椭圆形孔洞对水平剪切(SH)波的散射,给出了椭圆形孔洞的动应力集中系数和界面裂纹尖端动应力强度因子的分布情况.首先,将理论模型沿垂直界面剖分为两个直角平面模型,利用保角映射法和镜像叠加原理构造直角平面中平面波场及椭圆形孔洞产生的散射波场;其次,根据界面上的应力和位移连续性条件,利用界面契合技术和裂纹切割技术将两个直角平面契合成含有界面裂纹的双相介质半空间;最后,通过具体算例给出了不同参数条件下椭圆形孔洞的动应力集中系数及界面裂纹尖端的动应力强度因子的分布情况.结果表明:入射角度、入射波数、材料参数、裂纹长度等因素会对动应力集中系数及动应力强度因子的分布产生影响.     

半空间中裂纹边缘界面圆孔对SH波的散射

研究界面波动力学对保障结构安全具有重要工程意义.应用“剖分-契合”法和“裂纹切割”技术,研究半空间双相介质界面上同时嵌有圆孔和裂纹时SH波对圆孔的动力作用.利用“镜像法”,将半空间的水平界面问题变换为全空间的水平界面问题,构造出能自动满足半空间自由表面边界条件的散射波;由保障水平界面应力位移连续的“剖分-契合”条件,导出求解该问题的定解积分方程组;对界面圆孔边的动应力集中情况进行讨论分析.结果表明:工程应用中必须考虑自由边界、裂纹长度、介质材料参数和入射波数等对孔边动应力集中程度的综合影响.应该避免较大的波数比、较高的入射波波数、较长的裂纹长度与垂直入射的同时出现,这对降低孔边的动应力集中系数效果明显,对减轻结构动力效应具有一定的工程价值.     

散射波作用下冰雪结构孔域弯曲动应力集中的解析解

针对冰雪结构抗震问题,基于弹性动力学理论,研究地震波散射引起的冰雪结构孔域弯曲动应力集中现象.采用弯曲振动方程和波函数展开法,将待解问题归结为一组无穷代数方程组,进而导出动应力集中系数的解析解.算例分析了入射波数、频率、冰雪厚度对孔域动应力集中系数的影响规律.研究表明:在冰雪结构孔域动应力集中严重区域采取加固措施可以提高其抗震安全性.     

弹性直角域中半圆形凹陷的SH波散射的稳态解

按照波函数展开法和镜像方法,分析了直角域中半圆形凹陷对平面SH波的弹性动力学反平面稳态响应,得到了弹性波的位移场和应力场的具体形式.根据Hankel函数在宗量零点的渐近性讨论了波函数级数的收敛性;根据Hankel函数在宗量无穷远点的渐近性和Graf加法公式构造了圆柱散射波的远场位移模式.数值算例分别计算了代表计算误差的凹陷边沿的径向动应力集中因子、周向动应力集中因子和平面波应力场的动应力集中因子以及凹陷散射波的远场位移模式.结果表明,直角域中凹陷与竖直边界的距离很大程度地影响着SH波散射的稳态解.     

非均匀弹簧界面模型下柱形夹杂物的SH波散射

为了研究SH波对非均匀弹簧界面模型下单个柱形夹杂物的散射问题,通过对界面的离散,解决了在非均匀弹簧界面模型下,波函数正交性条件不能利用的难题,从而将边界条件归结为一个超定线性代数方程组,求解该方程组可求得波函数展开系数.针对Ge-Al复合材料,通过适当选取弹簧常数的周向分布,解决了含裂纹界面的弹性波散射问题,计算了散射...     

楔形空间中圆弧形沉积对平面SH波的散射解析解

为揭示楔形空间中沉积谷地对地震动的显著影响,基于大圆弧假定,利用Fourier-Bessel波函数展开,采用一种新方法求解了楔形空间中圆弧形沉积对平面SH波的散射问题.首先利用2个大圆弧面模拟地表面,以方便构造地表面引起的散射波场.然后由连续性边界条件建立方程并求解得出该问题的解析解,通过同现有结果的对比,验证该方法的计算精度,进而进行详细的参数分析.计算结果表明,楔形空间中沉积附近地表位移反应特征依赖于波入射角、入射波频率、楔形夹角及沉积内外的材料特性,位移放大效应比半空间情况更为显著,因而需适当提高此类场地上建筑物的抗震设防标准.     

有限单元Cloning算法在弹性波散射问题中的应用

介绍了处理弹性波散射问题的有限单元Ｃｌｏｎｉｎｇ算法，并用圆柱形空洞对ＳＶ波散射的算例验证了它的有效性．这种方法具有有限单元法的优点，适合于一般不规则形状的散射体，能够考虑Ｓｏｍｍｅｒｆｅｌｄ辐射条件，在实际地震工程计算中具有较好的应用前景．     

平面SH波入射下深埋圆形组合衬砌洞室的动力反应分析

利用波函数展开法,研究平面SH波入射下,深埋圆形组合衬砌洞室的动力反应问题.利用得到的级数解和数学应用软件MathCAD编写计算机程序,讨论了入射波频率、组合衬砌结构的厚度比、弹性模量、泊松比、密度等因素对围岩和衬砌结构动应力集中系数的影响.结果表明组合衬砌确实能有效地发挥围岩的自承能力,降低衬砌结构的动应力集中,且在低频入射时效果显著.     

地下衬砌洞室群在平面SV波入射下的动应力分析

采用波函数展开法给出了半空间中衬砌洞室群在平面SV波入射下动应力集中问题的一个级数解析解,在满足一定的精度要求下,对无穷级数进行截断数值计算,衬砌分为刚性衬砌、无衬砌、柔性衬砌三种,计算结果表明:洞室问距对动应力集中系数具有重要影响,当洞室之间距离较近时,洞室之间的相互作用对地下洞室群的动应力集中具有显著的放大作用,动应力集中系数可能达到单个洞室的2倍以上;衬砌刚度对动应力集中问题也具有显著的影响,其中,刚性衬砌的动应力集中系数最大,无衬砌次之,柔性衬砌最小;随着入射波频率的增大,动应力集中系数的空间分布逐渐趋于复杂化.     

半无限土体圆形隧道结构中地震波的传播

基于弹性波的散射理论,研究了半无限土体内圆形隧道中土体对SH波的多重散射和动应力集中,采用波函数展开法和镜像法,将待解问题归结为一组无穷代数方程组的求解,得到了问题的解析解.作为算例,给出了衬砌附近动应力集中因子的数值解,分析了围岩的剪切模量、入射波波数、半无限土体边界到衬砌的距离等参数对动应力集中因子的影响.数值计算分析表明:围岩的剪切模量、入射波波数等是影响动应力集中因子的重要因素.本文的研究方法和数值结果有望为衬砌的地震评价提供理论依据.     

拱坝河谷的地震波散射效应及坝基体系的动力响应

研究了局部场地条件对地震波的散射效应,对拱坝－地基体系在不均匀散射场和均匀输入场地震作用下的动力时程响应进行了对比分析。对小湾拱坝的实际分析表明,局部场地条件对地震波的散射效应对于拱坝的应力分布的峰值大小的影响是不容忽视的,甚至是至关重要的。     

广义压电动态(J)积分的守恒性及其应用

在裂纹绝缘与应力自由的条件下, 证明了考虑压电效应与惯性效应的广义压电动态(J)积分与围道Γ的选择无关, 这一特性称为广义压电动态(J)积分的守恒性. 若所有电场量为零, 广义压电动态(J)积分变为断裂动力学中的J积分. 在线弹性情况下, 导出了压电动态(J)积分与KⅢ(t)的关系. 以压电陶瓷(BaTiO3)板中央有限裂纹对入射反平面剪切谐波的散射为例, 给出了规范化动应力强度因子(K)Ⅲ(t)随规范化圆频率的变化曲线. 研究结果表明: 在该曲线上存在峰值与谷值;当(ω)→1时, ((K)Ⅲ)max=1.372, 该峰值比其相应的静态值高27%, 因此, 惯性效应不能忽略; 当(ω)→3时, ((K)Ⅲ)min=0.247; 当(ω)→0时,(K)Ⅲ→1, 即动应力强度因子趋近于相应的静态值.     

界面多个共线裂纹对SH波的散射及其动应力强度因子

采用Green函数的方法,研究界面多个共线裂纹对SH波的散射问题.利用半空间水平面上任意一点的,承受时间谐和的,出平面线源载荷作用的位移函数;采用沿界面剖分的方法,构造界面多个共线裂纹的散射模型;并利用界面上的连续条件,建立待定外力系的定解积分方程组,进而求得裂纹尖端的动应力强度因子.讨论了界面两个共线裂纹与SH波的散射结果,给出了裂纹尖端动应力强度因子随介质参数变化的分布规律.     

界面脱胶衬砌对出平面波的远场动应力响应

采用Green和复变函数法对含有界面半圆形脱胶圆衬砌全空间在承受出平面动力时远场响应进行求解。沿界面将整个空间分成含有半圆形凹陷的上半空间和含有半圆形凸起的圆柱形弹性衬砌的下半空间两部分,分别给出在各自水平界面任意一点加载一出平面且与时间谐和的线源波动时上下半空间位移场,即Green函数。利用脱胶边界应力自由的边界条件形成脱结构,求出出平面波任意角度入射时整个空间应力场和位移场,同时给出了散射波远场位移模式和散射截面的解答。实例分析了不同材料组合而成的界面脱胶圆衬砌的SH波散射远场特性。