采用粘弹性人工边界时显式算法稳定性的改善研究

在显式动力计算中引入粘弹性人工边界时,受人工边界刚度和阻尼等因素影响,整体模型的数值积分稳定性将变得更为严格,这在一定程度上限制了粘弹性人工边界在大规模显式动力计算中的应用。该文基于对采用粘弹性人工边界的显式时域逐步积分算法稳定性条件的分析及其影响因素的研究,提出通过对人工边界附加集中质量来改善其数值积分稳定性的方法,发展了稳定性更优的改进粘弹性人工边界。为确定合理的人工边界质量值,利用基于局部子系统的稳定性分析方法推导得到改进粘弹性人工边界的稳定性条件,通过比较分析给出人工边界质量参数的建议值。采用该建议值后,粘弹性人工边界区的数值积分稳定性条件优于内部计算域的稳定性条件,整体计算模型的稳定性由内部计算域控制,此时可以用常规的稳定性判别准则来确定临界时间积分步长。数值算例表明,该文提出的粘弹性人工边界数值积分稳定性改善方法在提高计算效率的同时保持原人工边界的计算精度,具有较强的实用性。     

粘弹性地基上圆形薄板的振动

本文给出了粘弹性基础上圆形弹性薄板振动的基本理论与计算方法。讨论了求解Kelvin模型粘弹性基础上圆形薄板固有频率的方法,给出了长圆形薄板的固有频率和主振型的一般表达式;还讨论了在外激励作用下的受迫振动的求解方法。     

粘弹性薄板动力响应问题的多重互易法

本文给出了粘弹性薄板动力响应问题的多重互易法（MRM）.首先在Laplace变换区域中得到了由重调和算子基本解序列给出的粘弹性板动力响应问题的MRM方法,再利用改进的Bellman反变换技术,求得原问题的解.讨论了MRM方法中的迭代误差估计.文末给出了数值算例,计算表明该方法具有较高精度和较快收敛性.适用于长时间的动力问题的计算.     

扭转振动数值分析的粘弹性传输边界

传输边界是动力问题有限元计算中常见的边界处理方式。该文针对扭转振动引起半无限域内柱面剪切波有限元分析的传输边界,通过两种近似推导,提出了两种粘弹性传输边界,并对其计算精度进行了计算分析。数值分析结果显示,两种粘弹性边界都可以较好地模拟扭转振动分析时地基的无限性。同时,对这里考虑的扭转振动来说,粘弹性边界条件中的弹簧刚度与实际静力刚度相等时,传输边界的精度更高。     

波动问题中的三维时域粘弹性人工边界

应用弹性波动理论,发展了实现波动直接模拟的三维时域粘弹性人工边界。首先基于三维波动方程推导了三维粘弹性人工边界的法向与切向边界方程,然后研究了时域粘弹性人工边界的数值模拟技术,最后通过典型的波动问题算例证明了给出的三维人工边界具有较高精度,可以方便地应用于三维波动问题的模拟分析。     

粘弹性人工边界的虚位移原理

该文将结构及其近场地基作为动力平衡系统,将在人工边界上的波动分解为自由波和散射波,并将输入地震波动转化为作用于人工边界上的等效荷载以实现波动输入。基于以上假设通过分析结构及其近场地基系统的动力平衡关系和自由场的传播机制,给出了自由场的位移表达式、速度表达式,以及在人工边界上由自由场产生的等效荷载一般表达形式,最后建立了粘弹性人工边界统一的动力学积分弱解形式,同时基于有限元程序自动生成系统(FEPG)开发了粘弹性边界条件元件程序。经过计算验证:该文建立的具有粘弹性人工边界的动力学问题的积分弱解方程粘弹性边界条件元件程序可靠、正确。利用这些元件程序,在前处理中可像加位移或应力边界条件一样简便快捷地施加粘弹性边界条件。     

圆筒式粘弹性阻尼器的试验研究及工程应用

开发研制了圆筒式粘弹性阻尼器，从振动控制的角度出发，通过试验，探讨了其力学性能随环境温度、激振频率、变形幅值和滞回圈数等因素的变化规律；结合实际工程，给出了工程结构安装了圆筒式粘弹性阻尼器后的地震反应计算方法和主要计算结果，计算表明，结构安装粘弹性阻尼器后，层间位移和加速度较原结构减小明显。     

采用粘弹性人工边界单元时显式算法稳定性分析

在土-结构地震反应或近场地震波动问题的分析中,常采用粘弹性人工边界单元将无限域问题转化为近场有限域问题进行计算。由于粘弹性人工边界单元的材料参数和单元尺寸与内部介质单元不同,采用显式时域逐步积分算法时,人工边界区与内部系统的数值稳定条件存在差异,但目前尚未有针对性的分析方法和研究成果,影响了显式数值稳定条件的确定和稳定积分时间步长的正确选取。针对二维粘弹性人工边界单元,该文提出一种分析显式时域逐步积分算法稳定性的方法:建立可代表人工边界区域特征的,包含人工边界单元的若干局部子系统,对各子系统的传递矩阵进行分析,给出采用显式时域逐步积分算法时各子系统的稳定条件解析解。通过对各子系统的稳定条件进行对比分析,获得了采用粘弹性人工边界单元时,显式时域逐步积分算法的统一稳定性条件。当内部介质区也满足该稳定条件时,这一条件成为使整体系统数值计算稳定的充分条件,可用于指导数值分析中离散时间步长的选取。     

粘弹性消能结构的抗震设计反应谱及其工程应用

探讨了结构阻尼比、刚度的变化对地震反应的影响，研究表明，阻尼增加对结构的动力反应有明显的减小效果，刚度增加虽能有效地控制结构的位移反应，但不能有效地抑制结构的加速度反应；在总结分析已有研究成果的基础上，结合抗震规范，给出了安装粘弹性阻尼器后结构的抗震设计反应谱；最后，阐述了粘弹性消能结构的减震设计方法和步骤，给出了实际工程结构安装粘弹性阻尼器后的地震反应计算结果，计算表明，层间位移和加速度反应较原结构减小明显。     

三维一致粘弹性人工边界及等效粘弹性边界单元

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及阻尼矩阵,利用单元矩阵等效原理采用普通有限单元构造了等效粘弹性边界单元来模拟三维粘弹性边界。均匀半空间算例与成层半空间算例证明三维粘弹性边界单元具有与集中粘弹性人工边界相近的精度,并且施加更为简便。     

应用边界元法确定围岩粘弹性位移的新方法

本文将岩体介质蠕变柔量理论与弹性平面问题的边界元法相结合，提出围岩粘弹性位移分析的一种新方法－蠕变柔量法，新方法省略了边界元数值程序的拉普拉斯正变换和逆变换的过程，使线性粘弹性平面问题的边界元方法得到简化。新方法理论简单，通用性，实用性强，本文通过简单算例说明了这些优点。     

粘弹性地基上矩形薄板的振动

本文给出了粘弹性基础上矩形弹性薄板振动的理论与计算方法。讨论了求解Ｋｅｌｖｉｎ模型粘弹性基础上矩形薄板固的频率的方法,给出了几种常见矩形薄板的固有频率;还讨论了在外激励作用下的受迫振动的求解方法,作为算例,求解了粘弹性基础上地基上四边简支矩形薄板在简谐激励作用下受迫振劝稳态解。     

开尔文模型粘弹性Timoshenko梁的动力分析与应用

基于Kelvin模型张量形式本构关系导出粘弹性Timoshenko梁自由振动微分方程组,给出两端简支粘弹性梁的固有频率解析解。对粘弹性梁的振动特性进行了分析和比较。以此计算材料开尔文模型粘弹性阻尼系数,结果表明,该方法准确可靠。     

基于不同算法和边界条件的土中爆炸数值计算

运用共用节点算法、接触算法和任意拉格朗日-欧拉(ALE)算法对土中爆炸问题进行了数值模拟,考虑了3种不同的人工边界条件,即粘性边界、三维一致粘弹性边界和远置边界,从模型建立、模拟结果和计算时间3个方面对不同算法和边界条件下爆炸成腔效果进行了对比分析。结果表明:不同流固耦合算法各有优劣,需同时兼顾计算成本和模拟效果等因素选取合适的算法,而等效粘弹性边界单元可在保证计算精度的前提下有效降低计算成本,更好地模拟爆炸冲击过程中无限地基能量辐射阻尼效应问题。     

高路堤填筑体变形粘弹性三维有限元分析

针对高等级公路高填方路堤粘性变形问题，本文提出了路堤填料的粘弹性本构模型，在此基础上提出了考虑填筑体粘弹性的沉隐计算方法，并编制了相应的考虑填土粘弹性的有限元计算程序，计算所得结论对工程具有重要指导意义。     

充液压电阻尼圆柱壳的有限元建模

基于Mindlin板理论、压电理论、粘弹性理论和理想流体方程，对充液圆柱壳主动约束阻尼结构在流固耦合条件下的建模进行了研究。利用拉格朗日方法得到结构的动力学方程，利用GHM方法描述粘弹性阻尼的本构关系，结合流体方程建立主动约束阻尼结构在流固耦合条件下的动力学方程。建立从压电材料的电压到流固耦合边界下的圆柱壳结构振动的频响函数，利用实验结果对理论计算加以验证，结果表明该建模方法是可行的。     

重力坝坝踵区地震断裂分析

本论文根据实际的情况，把重力坝及地基作为粘弹性材料，利用特解边界元法计算了坝踵区非均质界面裂缝在地震作用下的动态应力强度因子，最后通过该结果的分析，得出了一些有益的结论。     

利用边界元法中的全特解场方法计算结构振动声辐射

本文通过利用边界元法中的全特解场方法，对结构振动声辐射的计算进行了研究，并以脉动球为算例，将计算结果与解析解进行比较，结果表明：该方法与一般边界元法相比，在边界剖分相同的情况下，能够在相当宽的振动范围内，给出满意的计算结果。     

求解粘弹性问题的时域自适应等几何比例边界有限元法

提出一种基于分段时域自适应算法和等几何分析的求解粘弹性问题的数值方法。利用时域分段展开,建立了递推格式的比例边界元求解方程,环向比例边界采用等几何技术离散,在继承常规比例边界有限元半解析、便于处理应力奇异性/无限域问题等优点的同时,可更准确地描述几何边界,由此进一步提高了计算精度;在时域,通过分段时域自适应计算,保证不同时间步长下的计算精度。通过数值算例,从计算精度、收敛性等方面,对所提方法的有效性进行了验证。     

用样条边界元计算振动体的三维稳态声辐射

本文采用三次Ｂ样条边界单元计算振动体的三维稳态声辐射。实际计算表明：采用样条边界元可获得较好的数值计算结果。此外，本文在计算声场内点声压的Ｈｅｌｍｈｏｌｔｚ边界积分公式的基础上，导出了计算声场内点质点振速和声强的边界积分公式。文中还给出了应用本文方法计算的算例结果。