多源输入条件下的黏弹性人工边界研究

应用弹性波动理论,推导多源输入条件下的二维时域人工边界条件。首先基于二维波动方程建立两个波源时二维黏弹性人工边界的法向和切向方程,提出相应的数值模拟方法,并通过简单模型的波动问题进行验证。最后将多源输入条件下的二维黏弹性边界扩展至三维条件,模型验算结果表明多源输入条件下的黏弹性边界亦适用于三维模型。     

采用基底隔震核电站厂房的楼层反应谱分析

基于有限元分析软件ANSYS,建立了某核电站厂房的三维有限元模型,对比分析了采用基底隔震和无隔震厂房的楼层反应谱。结果表明,采用基底隔震后能有效的减小厂房的水平向楼层反应谱,且随着楼层高度的增加,反应谱的放大效应不明显;竖直方向的隔震效果不明显,且在跨度较大的楼板中间区域,明显放大了竖向响应,下一步有待开展三维隔震系统的研究。     

弹性地基中三维动力问题的耦合粘性边界

根据波在地基的3个方向(x、y、z轴)都可以进行传播的特点,假定了地基中质点沿3个方向的振动表达式,通过胡克定律和波动理论,推导了弹性地基中三维动力问题的耦合粘性边界的公式。数值计算结果与理论精确解的比较表明:有限区域的有限元与截断边界的耦合粘性边界结合,能够较准确地求解弹性半空间的三维波动问题。本文耦合粘性边界是和频率无关的,可以适用于频域和时域的计算。     

多源散射黏弹性叠加人工边界探究及在桥梁工程中的应用

近年来黏弹性人工边界被提出,它在土-结构动力相互作用中得到广泛应用并取得较好的效果。但这些应用通常是在单个结构物的情况下进行的,即所谓单源散射问题。工程中会遇到多源散射问题,例如多跨桥梁、铁路路基等,其桥梁基础或轨枕是多个并且其分布的距离可能很远。这种情况下仍然采用单源散射问题的黏弹性人工边界,会产生一定的误差。针对这种情况,在原有黏弹性人工边界的基础上,提出多源黏弹性叠加人工边界,其适用于有多点内源输入荷载和多点地震动输入的情况。计算对比表明,在处理多源问题时,该方法能够在一定程度上提高黏弹性人工边界的精度。最后基于多源黏弹性人工边界理论对一5跨简支梁桥进行计算,计算表明,局部地形效应、土-结构动力相互作用及地震波入射角度等对桥梁在地震作用下的动力响应有一定的影响。     

桥梁结构的动力反映谱分析

论述了桥梁抗震设计的必要性,对桥梁结构动力反映谱分析的原理进行了说明,以实际算例验证了运用Midas/Civil对斜拉桥进行动力反映谱分析设计的可行性.     

结构动力反应模拟试验系统的研制

介绍了在结构动力反应模拟试验系统的研制过程中遇到的结构技术难题以及相应的解决办法。其中包括结构自反力体系的概念设计、结构设计与计算、台体稳定分析、动力反应分析等。这一大型抗震试验系统由美国加州通局ＣＡＬＴＲＡＮＳ）、圣迭戈加利福尼亚大学（ＵＣＳＤ）和ＭＴＳ公司联合研制,将用于土木工程中阻尼器、隔震支座装置的足尺和实时动力试验。     

基于ANSYS板式转换双塔结构反应谱分析

板式转换结构在国内应用范围日益增多,但理论研究方面没有梁式转换结构成熟,机理研究也不够深入。文章以具体的工程为研究对象,以大型有限元软件ANSYS作为工具,对带有板式转换层的双塔结构进行反应谱分析,得到了一些有益的结论,供设计、施工提供一些有益的参考。     

连体结构的地震反应谱分析

连体的存在,使此类结构具有较强的空间耦联作用,使其动力特性和破坏形式异于普通单塔高层建筑,因此,其抗震设计成为结构工程师面临的一个难题。连体结构中,连体的位置直接影响到连体对主体结构所起的连接作用,从而影响结构整体地震响应性能。本文结合一个实际工程,采用ANSYS进行建模分析,得出连体位置改变对结构地震响应的影响规律,并得出相关结论以供实际工程应用参考。     

碾压混凝土重力坝的地震动力反应谱分析

以120 m碾压混凝土重力坝为例,建立了有限元模型,模态分析获得了坝体9阶固有自振频率,并将反应谱spectrum分析与模态扩展modal expass分析相结合,得到了坝体地震动力荷载下的应力、位移值,分析了最大拉应力结果及对应坝体位置,对碾压混凝土重力坝的设计、施工等有着重要的工程实际意义。     

黏弹性人工边界在ABAQUS中的实现及地震动输入方法的比较研究

为了确保大型复杂模型有限元数值计算过程的高效性及其地震反应结果的精度和可靠性,根据波场分离理论,推导与黏弹性人工边界相适应的地震动输入公式,给出一种提取边界节点控制面积的方法,并结合ABAQUS二次开发功能,编写相应的边界条件自动施加和地震动输入程序。在此基础上,选取垂直入射剪切波(SV)作用下的二维土体模型,对12种不同的边界条件与地震动输入方式的组合工况进行对比分析,并基于地震波在不连续分界面上的透射和反射原理,揭示黏弹性边界条件下加速度输入和位移输入不合理的机制。研究结果表明:对于黏弹性人工边界,采用等效节点力输入方法,数值计算结果与理论解基本一致,计算精度高;而采用加速度输入或位移输入的地震动输入方法,均会使黏弹性边界失效,计算结果严重偏离理论解。研究内容可为地下结构抗震分析中黏弹性边界的精确施加和地震动输入方法的合理选择提供参考。     

框支密肋壁板结构弹性动力反应分析

结合课题组前期研究成果,提出框支一复合弹性板力学模型,用于计算整体结构在弹性阶段的内力和变形情况,并依据该力学模型建立了框支密肋壁板结构有限元分析模型。输入地震波,对该模型进行弹性动力反应分析,分析了结构的周期、振型等动力特性,得到位移反应、速度反应、加速度反应等结果。研究分析结果表明,框支密肋壁板结构是一种理想的抗震结构体系。     

基于等效零时刻点的水平层状场地黏弹性边界方法研究

针对黏弹性边界下水平层状场地地震动输入中的时间延迟计算问题,提出了水平层状场地的等效零时刻点迭代时间延迟计算方法,并依托斯涅尔方程及地震波在分层界面上的连续性条件推导了人工边界上等效节点力的计算公式,得出了黏弹性边界下的水平层状场地斜入射地震动输入方法。建立两层地层三维有限元计算模型,进行动力响应分析,并将计算结果与理论值进行对比,验证了方法的有效性和实用性。应用方法进行等效节点力计算的过程中,可根据所求目标地震波的具体信息及其所在地层的具体条件直接求解,无需对所求地震波的全部来源依次进行分析,使得公式更为统一,在简化计算的同时保证计算精度及准确性,并拓展了黏弹性边界理论在水平层状场地斜入射地震动上的应用。     

楼层间含有大质量结构的动力特性分析

用有限元分析软件SAP2000对楼层间存在大质量结构的动力特性进行了分析,通过不同简化设计方法的对比,给出了此类结构行之有效的简化设计方法,供工程设计参考。     

基于Burgers黏弹性模型的沥青路面蠕变变形规律三维有限元分析

针对不同温度条件下沥青路面的蠕变变形问题,以Burgers模型为理论依据,利用数据分析软件Origin8.1对不同温度下的蠕变试验曲线进行拟合分析,得出Burgers模型中E1、E2、η1、η2四个蠕变方程参数,采用Laplace变换与逆变换将Burgers蠕变方程转化为Prony级数,由此得到不同温度下沥青混合料的相对松弛模量g1、g2及松弛时间τ1、τ2,供ANSYS调用分析。利用三维有限元数值法对不同温度及加载时长下的沥青路面蠕变变形分布规律进行数值分析计算。结果表明:不同温度下路表蠕变变形横向范围均为0.88 m,变形向轮迹外侧延伸范围较内侧更广;温度越高,路表所产生的应变越大,60℃时路表会发生应变突变,路面经受5.4×106累计当量标准轴载通行次数后将产生1 cm的车辙,对沥青路面的高温稳定性提出了更高的要求。     

基于Burgers黏弹性模型的沥青路面蠕变变形规律三维有限元分析

针对不同温度条件下沥青路面的蠕变变形问题,以Burgers模型为理论依据,利用数据分析软件Origin8.1对不同温度下的蠕变试验曲线进行拟合分析,得出Burgers模型中E1、E2、η1、η2四个蠕变方程参数,采用Laplace变换与逆变换将Burgers蠕变方程转化为Prony级数,由此得到不同温度下沥青混合料的相对松弛模量g1、g2及松弛时间τ1、τ2,供ANSYS调用分析。利用三维有限元数值法对不同温度及加载时长下的沥青路面蠕变变形分布规律进行数值分析计算。结果表明:不同温度下路表蠕变变形横向范围均为0.88 m,变形向轮迹外侧延伸范围较内侧更广;温度越高,路表所产生的应变越大,60℃时路表会发生应变突变,路面经受5.4×106累计当量标准轴载通行次数后将产生1 cm的车辙,对沥青路面的高温稳定性提出了更高的要求。     

板式铅黏弹性阻尼器性能的有限元模拟

设计了11组不同构造的板式铅黏弹性阻尼器有限元模型,基于铅芯布置形式、薄钢板与橡胶厚度比、铅芯个数、铅芯直径以及加载幅值对阻尼器耗能性能影响的问题,利用有限元软件ABAQUS对其进行数值模拟分析.结果 表明:铅芯布置形式单铅芯为宜;薄钢板与橡胶厚度比对阻尼器耗能性能影响明显;随着铅芯个数增多和铅芯直径的增大,滞回环面积...     

不同刚度方案对结构非弹性动力反应分析的影响

刚度方案对于准确反应结构的非弹性动力反应的基本规律有着重要影响,文章针对目前在钢筋混凝土框架结构非弹性动力反应分析中采用的多种刚度方案的局面,对各种刚度方案的特点作了分析和评价,并作了采用不同刚度方案的多层多跨框架结构非弹性动力分析结果的对比,为工程技术人员进行结构分析时选取适合的刚度方案提供了参考.     

黏弹性土中深埋球形沼气池的动力特性

采用解析方法在频率域内研究了周期荷载作用下黏弹性土体中深埋球形沼气池简谐振动特性。将模具结构分别视为均匀弹性介质和薄壁壳体结构,基于弹性和Flügge理论,给出了分数导数黏弹性土中深埋球形沼气池振动响应的解析表达式。根据连续性边界条件,确定了相关待定系数的表达式。在此基础上,对比分析了均匀弹性介质和薄壁壳体时系统动力响应的结果,并考察了分数导数本构参数、土体和模具各参数对系统动力特性的影响。结果表明:两种模型下模具结构的振动响应存在较大差异。     

基于Simulink的结构动力响应预测仿真

基于Matlab/Simulink下神经网络工具箱功能进行在地震作用下的结构振动响应预测仿真。利用RBF神经网络对实时地震数据进行动力响应预测,能有效的解决在振动控制中所存在的时滞效应以及测量系统的噪声干扰等问题。通过对计算模型顶层以及标准层的结构动力响应预测结果以及实际结构动力响应结果的对照,证实了使用Simulink下的神经网络功能进行结构响应预测的准确性,并为后续仿真阶段对响应数据采用序列最优控制法进行计算,获得系统控制力奠定基础。