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.     

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。     

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。     

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．     

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.     

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.     

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.     

SH波倾斜入射时土层的非线性响应分析

建立了层状关空间当ＳＨ波倾斜入射时的非线响应分析模型，并采用特征线法进行数值求解，数值分析结果表明，地震波入射角对地表加速度放大倍数有明显的影响。     

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.     

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...     

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.     

导流隧洞混凝土衬砌结构有限元分析与研究

根据某水电站引水系统实际情况,采用ANSYS三维非线性有限元法,建立其引水系统中南导流隧洞的三维有限元模型,并对其钢筋混凝土衬砌结构进行分析,验证了衬砌方案和支护参数的合理性,提供衬砌配筋计算结果,并论证了现有衬砌和支护方案合理性,补充和完善加固处理措施.结果表明,南导流隧洞各段衬砌在计算工况下,水平位移最大值为0.256 mm,方向指向隧洞内部;垂直向最大位移为8.443 mm,方向向下;最大第一主应力为拉应力,其值为1.150 MPa;衬砌最大第三主应力为压应力,其值为-1.190 MPa,由于衬砌C25混凝土的抗压强度为11.9 MPa,故衬砌结构安全.但在侧墙与顶拱、侧墙与底板交界处应力值较大,应当采取适当措施加大结构的强度.     

冲击载荷作用下圆板的动应力集中

采用沿次特征线数值积分方法求解冲击载荷作用下弹性圆板的动应力集中问题。 表明了圆板内动应力集中的发生及其发生位置与冲击载荷的形式及其作用范围，圆板 的材料性质及形状的关系，并分析了动应力集中的原因，将计算结果与 Ｋｏｌｓｋｙ的有 关脆性圆板的冲击实验结果进行了比较。     

具有衬砌的圆形水工隧洞弹塑性应力统一解

针对具有衬砌的圆形水工隧洞,假定衬砌与围岩位移连续,考虑不同工况下主应力顺序、岩石应变软化和中间主应力等综合影响,采用统一强度理论和弹脆塑性软化模型,推导衬砌和围岩弹塑性应力统一解.选取不同的统一强度理论参数,可得到一系列应力场公式及塑性区半径与内压力的关系.通过工程算例分析知,考虑第一主应力的变化是正确的,更符合工程实际,并得出统一强度理论参数、软化特性参数对衬砌和围岩切向应力的影响规律.研究结果表明,统一强度理论参数和软化特性参数对衬砌与围岩塑性区切向应力的影响显著.     

网络并行计算在轨道结构动力分析中的应用

针对车辆-轨道结构动力分析问题，提出了一种基于网络并行计算环境的并行求解方法．考虑车辆和轨道结构特征，建立车辆-轨道结构动力分析模型，推求动力响应微分方程．针对推导的微分方程，改进串行求解算法，提出一种宏流水并行算法．针对算法的性质分析了该算法的适用范围，并从理论上分析了最佳节点机个数和最大加速比．考虑车辆通过轨道不平顺情况，实现了求解轨道结构动力响应的宏流水并行程序．分别在工作站和个人计算机组成的网络并行环境中，测试了提出的宏流水算法性能．实验结果表明，宏流水并行算法可以获得良好的加速比．     

地震作用下大断面隧道衬砌结构的动力损伤特性

基于混凝土材料的动力损伤特性,建立了其弹塑性损伤本构模型,将该模型应用于强震区某大断面隧道工程,分析了不同地震波入射方向、地震波强度和围岩条件下隧道结构的地震响应与动力损伤规律,探讨了大断面隧道结构的地震损伤特性和破坏机理。研究结果表明：地震波垂直、水平两种入射条件下两者衬砌的压主应力、加速度响应形态相似,但水平入射条件下衬砌结构的应力、加速度响应相较于垂直入射条件更加剧烈;水平入射时衬砌的动力损伤远大于垂直入射时的动力损伤,且动力损伤主要集中于拱腰与墙脚处;围岩条件对隧道衬砌结构的拉主应力响应以及动力损伤有显著影响,V级围岩条件下衬砌结构的最大拉应力是IV级围岩下的5.7倍;隧道结构的地震响应与动力损伤特性也受地震波强度的影响,随着地震波强度增大,应力、加速度响应峰值以及最大动力损伤量均呈现非线性增大趋势,动力损伤随之加剧且由拱腰和墙脚处逐渐向外扩展;在强震区软岩隧道抗震设计以及运营期间震后加固修复应着重注意动力损伤集中的部位。     

Dynamic Investigation of Interface Stress on Below-Knee Residual Limb in a Prosthetic Socket

The dynamic effects of inertial loads on the interface stresses between a residual limb and the trans-tibial prosthetic socket were investigated. A 3-D nonlinear finite element model, based on the actual geometry of the residual limb, including internal bones and socket liner, was developed to study the mechanical interaction between the socket and the residual limb during walking. To simulate the friction/slip boundary conditions between the skin and liner, automated surface-to-surface contact was used. The results show that interface pressure and shear stress have a similar double-peaked waveform shape in the stance phase. The average difference in interface stresses between the cases with and without consideration of inertial forces is 8.4% in the stance phase and 20.1% in the swing phase. The results suggest that the dynamic effects of inertial loads on interface stress distribution during walking must be considered in prosthetic socket design.     

结构动态分析中的可视化技术

提出了结构动态分析的可视化思路,并在先进的图形开发环境下利用OpenGL作为三维图形的绘制引擎,实现了结构的动态模拟。     

深埋圆形隧洞饱和土-衬砌简谐振动的解析解

在频率域研究深埋圆形隧洞饱和粘弹性土体-衬砌系统耦合简谐振动的动力学特性.根据弹性理论和饱和多孔介质理论,分别得到衬砌和饱和粘弹性土体的稳态动力响应;通过衬砌边界条件以及衬砌与饱和土界面的连续性条件,得到衬砌边界均布简谐载荷作用下饱和土-衬砌系统稳态振动时的位移、应力和孔隙水压力等的解析表达式.考察物理和几何参数对系统动力学特性的影响.研究结果表明：孔隙水的渗透性对系统动力特性影响显著,不透水情形下系统响应远大于透水情形下的响应,且不透水情形下,衬砌厚度对系统响应具有显著影响.然而,土骨架与孔隙水相互作用系数和土体泊松比等对系统响应影响很弱.