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．     

含有直线裂纹的直角域中椭圆形夹杂对SH波的散射

利用Green函数法、复变函数法及保角映射技术研究了SH波作用下直角域中直线裂纹对椭圆形夹杂动应力集中系数的影响.采用保角映射法和镜像叠加原理构造了一个能自动满足直角平面两个直线边界应力自由边界条件的散射位移场,并取含有椭圆形夹杂的直角域中任意一点承受时间谐和的出平面线源载荷作用下的位移基本解作为适合的Green函数.利用裂纹"切割"技术构造直线裂纹,进而得出裂纹与椭圆形夹杂共存时的位移场和应力场.通过具体算例讨论了入射波数、裂纹角度、裂纹长度等因素对椭圆形夹杂周边动应力集中系数的影响.     

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。     

表面效应对SV波诱发的纳米孔洞周围弹性波散射的影响

基于表面弹性理论和经典弹性理论,用位移势函数法、波函数展开法和弹性波的多重散射理论,研究随机排列的多个纳米孔洞周围的弹性波散射和动应力集中问题,求得无限大空间中在一组纳米圆柱孔洞附近由平面剪切波(SV波)诱发的应力场.分析当任意两个相邻孔洞之间的距离都相等时,表面效应对孔洞周围动应力集中的影响.结果表明,纳米圆柱孔洞周围的动应力集中不仅和表面效应有关,而且和孔洞之间的距离有关.     

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.     

表面效应对平面压缩波(P波)散射的影响

研究了阵列纳米孔洞周围的弹性波散射和动应力集中问题。当孔洞的尺寸缩小到纳米尺度时,比表面积显著增加,表面效应对材料力学特性的影响变得非常重要。基于表面弹性理论和经典弹性理论,用位移势函数法、波函数展开法和弹性波的多重散射理论,求得了无限大空间中一组以正四边形方式排列的纳米圆柱孔洞附近由平面弹性压缩波(P波)诱发的应力场。分析了表面效应对孔洞周围动应力集中的影响。结果表明,纳米圆柱孔洞周围的动应力集中不仅和表面效应有关,还和孔洞之间的距离有关。     

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.     

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.     

平面SH波在浅埋椭圆柱形孔洞上的散射与动应力集中

研究了平面SH波在弹性半空间中浅埋椭圆柱形孔洞上的散射．采用复变函数和多极坐标方法构造了一个能够自动满足水平表面上应力自由边界条件的散射波函数．应用这一波函数,将半空间中的问题转化为求解一个全空间中椭圆形孔洞的散射问题,最终将问题归结对一组无穷代数方程组的求解．作为对抗震问题的研究,给出了浅埋椭圆孔附近的动应力集中系数的数值结果,并对算例进行了讨论．研究表明浅埋孔洞与水平表面存在强烈的相互作用并产生动应力集中,在浅埋结构设计时应加以充分重视。     

下部脱胶界面圆夹杂的弹性动力学反平面分析

针对下部脱胶的界面圆柱夹杂对SH波的散射问题进行稳态研究。按照"分割"和"契合"思想,采用复变函数法、Green函数法与多极坐标法相结合实现边值问题的求解。首先,分别求解沿双相介质交界面剖分的上、下半空间的Green函数;其次,在界面上附加未知力系,将上、下半空间契合在一起,按交界面上的位移和应力的连续条件构造定解积分方程组;再次,采用直接离散法求解积分方程组,反推得到位移和应力场的表达式;最后,按应力场的表达式求得界面夹杂边沿的动应力集中因子。数值研究2个界面脱胶夹杂之间的相互作用,给出夹杂边沿动应力集中因子的分布情况。研究结果表明,界面脱胶夹杂之间的相互影响十分显著。     

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。     

隧道中高速列车震动所产生的路基动应力集中

针对高速列车产生的震动,基于弹性波的散射理论,采用波函数展开法,研究了隧道中板型路基上的圆孔对SV波的散射和动应力集中,得到了问题的解析解,给出了路基中动应力集中因子的数值解,分析了路基的剪切模量的大小、波数等对动应力集中的影响.通过数值计算分析表明,板型路基的剪切模量的大小、波数等是影响动应力集中的重要因素,为隧道中板式路基的高速列车震动评价和地震评价提供了理论依据.     

半空间垂直界面附近半圆形衬砌凸起和孔洞对SH波的散射

利用Green函数法、"镜像法"与多级坐标法,对半空间中半圆形衬砌凸起和圆孔对SH波的散射进行分析,得到其稳态响应.利用镜像法得到了满足水平边界应力自由、竖直边界位移与应力连续的波函数解析表达式.根据竖直边界连续性条件,利用"契合法"建立起求解问题的第一类Fredholm型积分方程,得到了圆形衬砌与圆孔周边的动应力集中系数的解析表达式.数值算例分析了入射波数、介质物理参数、圆孔大小与深度、圆形衬砌厚度比等对动应力集中系数的影响,并与已有文献进行了比较.     

圆形夹杂与内裂纹的相互作用

研究了在SH波作用下基体中圆形夹杂与内裂纹的相互作用问题,主要采取Green函数和裂纹切割相结合的方法.首先,构造本文需要的Green函数基本解,该基本解为基体内含夹杂时夹杂内任一点承受时间谐和的出平面线源荷载作用时的位移函数.然后,从基体圆形夹杂对SH波散射问题出发,沿裂纹位置施加一应力,该应力与夹杂对SH波散射产生的应力大小相等,方向相反,从而形成裂纹,进而可得到夹杂和裂纹同时存在时的位移与应力函数式,利用此函数式讨论夹杂周围的动应力集中情况.最后,给出算例,讨论了入射波数、入射角度、裂纹大小、基体和夹杂材料性质等因素对此问题的影响.     

P波作用下地下输流管道的动力响应分析

采用复变函数法研究了地下输流管道在平面P波作用下的动应力集中问题.建立了地下输流管道的流固耦联波函数,求解了地下输流管道在地震波作用下的波函数动力学方程.研究表明:流体作用对管道内的径向动应力集中分布的影响较大;无量纲的空间频率显示,在低频P波作用下,管内流体所产生的径向动应力集中沿管周呈均匀分布,当空间频率加大时,管道内流体震荡增强,影响了管道的应力分布形态;低频域下管道的环向动应力集中峰值点较多,随着入射波空间频率的增加,应力集中程度呈衰减趋势.     

轴向环形界面裂纹的弹性波散射

自从１９７９年Ｎｅｅｒｈｏｆ首次研究了加层半空间中有限宽平面界面裂纹对Ｌｏｖｅ波的散射问题以来，界面裂纹的弹性波散射问题为众人所日益关注．近年来在这方面已有了一系列的研究工作．然而，其中大多数处理的是分层介质中的平面界面裂纹问题．本文考虑了轴向环形界面裂纹与弹性波的相互作用问题．利用Ｆｏｕｒｉｅｒ积分变换，将问题演化为一组对偶积分方程，并借助于雅可比多项式，给出了问题的级数解，最后得出了散射场在裂纹尖端附近的应力强度因子及远场位移模式的表达式，并对散射场的近场及远场特性进行了分析     

多层介质与半空间的硬币型(Penny-shaped)交界裂纹的弹性波散射

研究多层介质与半空间的硬币型交界裂纹的弹性波散射问题，采用Hankel积分变换，得到每层介质之间的传递矩阵关系，同时引进裂纹张开位移作为基本的未知量，进而得到两个对偶积分方程，应用Abel变换，可得到弹性波散射的积分方程，作为特例，文中给出了单一弹性层与半空间的硬币形交界裂纹的弹性波散射的一个重要的结果，即弹性层中的散射位移场的渐近形式，其理论结构表明，散射位移场主要由沿径向的rayleigh-lice-mode波导组成。     

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.     

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...     

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.