瑞利阻尼物理本质及参数对动力响应的影响

为了研究瑞利阻尼模型的物理意义及模型参数对动力响应的影响,基于虚功方程推导瑞利阻尼的质量相关部分和刚度相关部分,利用解析和数值方法对比分析不同瑞利阻尼系数下的一维黏弹性杆件的动力响应.结果表明,瑞利阻尼质量相关部分反映了外部环境因素对振动体系的能量耗散作用;刚度相关部分反映了材料对动力响应的阻滞作用,表现为应力不仅与应变有关,而且与应变率相关.一维黏弹性振动响应解析解和有限元数值解对比分析表明,常规有限单元软件应力计算时,没有考虑应变率的贡献,导致计算应力和实际应力存在差异,计算应力不满足力边界条件.有限元应力计算误差随着瑞利阻尼系数和激励频率的增加而提高.     

瑞利阻尼物理本质及参数对动力响应的影响

为了研究瑞利阻尼模型的物理意义及模型参数对动力响应的影响,基于虚功方程推导瑞利阻尼的质量相关部分和刚度相关部分,利用解析和数值方法对比分析不同瑞利阻尼系数下的一维黏弹性杆件的动力响应.结果表明,瑞利阻尼质量相关部分反映了外部环境因素对振动体系的能量耗散作用;刚度相关部分反映了材料对动力响应的阻滞作用,表现为应力不仅与应变有关,而且与应变率相关.一维黏弹性振动响应解析解和有限元数值解对比分析表明,常规有限单元软件应力计算时,没有考虑应变率的贡献,导致计算应力和实际应力存在差异,计算应力不满足力边界条件.有限元应力计算误差随着瑞利阻尼系数和激励频率的增加而提高.     

预应力对电梯钢丝绳中弹性波传播特性的影响

振动以弹性波的形式在电梯钢丝绳传播时,会受到钢丝绳中预应力的影响,并降低曳引系统中振动监测的准确性,通过有限元仿真和实验分析研究预应力对电梯钢丝绳中弹性波传播特性的影响。首先采用半解析有限元法,确定了激励频率的范围;其次,采用ABAQUS有限元软件模拟弹性波在无应力以及预应力下电梯钢丝绳中的传播过程,分析了不同应力情况下的弹性波传播特性;最后搭建电梯钢丝绳中弹性波信号采集系统,通过实验分析弹性波在含预应力的电梯钢丝绳中传播特性。结果表明：电梯钢丝绳中的弹性波受到预应力的影响,当预应力增大,弹性波通带范围减少,阻带范围增加。该结果说明了轿厢中振动信号与曳引系统中振源信号存在差异的原因,为提高曳引系统中振动监测的准确性提供有效依据。     

SHPB试验中应力波在损伤非线弹性材料中的传播

为了研究高应变率冲击压缩荷载作用下,岩石类材料的非线弹性力学特性,建立了描述SHPB试验中应力波在考虑损伤及应变率强化效应的非线弹性岩石类材料中传播的波动方程.将混合遗传算法与有限差分法数值计算方法相结合,建立了数值分析程序,在花岗岩SHPB试验研究基础上,模拟了SHPB试验中从应力波进入入射杆到试件破碎的整个加载过程中应力波在入射杆、透射杆以及岩石类试件中的传播过程,进而求得试件上的应力与应变.由理论计算的应力应变曲线与试验曲线对比分析,验证了应力波在考虑损伤的非线弹性材料中的波动方程及数值分析方法的适用性和可靠性.     

半空间内洞室在冲击荷载作用下的瞬态响应

为了研究外界冲击力对地下洞室及周围土体的影响, 对半空间弹性土体圆柱形洞室在突加反平面冲击荷载作用下的瞬态响应进行探讨.将列车急刹车时对隧道产生的冲击力简化为半无限弹性体中突加在圆柱形洞室表面沿轴线方向的均布荷载,利用残余变量法求得频域解,运用Durbin提出的拉普拉斯数值逆变换给出问题的数值解,并将计算结果与静力情况下的结果进行比较,分析土体应力和位移随时间、弹性波的传播距离以及夹角的变化,结果表明：波到达后,该点土体的应力和位移均瞬间增大,随后慢慢减小并逐渐趋于静力值,波向外发散传播,并沿半径方向衰减;对于相同的传播距离上的各点,最大动应力和动位移与夹角无关;应力和位移最后的稳定值随着夹角的增大而增大.     

超声纵向导波进行管道裂纹检测的数值模拟

简述了空心圆管中超声导波的基本理论,用有限元程序ANSYS对管道超声纵向导波裂纹检测进行了数值模拟.管道模型中,以删除单元模拟管道周向裂纹,通过对管道一端端部周向各节点施加经Hanning窗调制的10周期纵向单音频叠加信号,模拟纵向入射应力波,同端接收反射应力波,对含单、双裂纹的管道模型进行了数值模拟,通过裂纹反射波到达时间,可准确地判断出单、双裂纹所在位置,并对模拟结果进行了频谱分析,频域信号显示出管道中存在裂纹时幅值和频率成分的显著变化.     

弹性介质中SH波传播的三角形格子法

目的提出一种不规则边界非均匀弹性介质中反平面剪切(SH)波传播数值模拟方法,研究反平面剪切波入射时地表起伏及软弱层对场地的影响.方法将实际介质计算区域剖分成三角形网格,构造出控制体,给出积分形式的控制体运动方程;交替运用控制体运动方程和SH波的本构方程,在时间域上递推计算给出被研究区域内各节点的加速度、速度、位移和各格子的应力.结果给出了弹性介质中SH波传播数值模拟三角形格子法.数值算例结果与解析解比较,验证了方法的计算精度和有效性.瞬态反平面剪切波入射时,地表起伏、软弱层会引起场地的运动状态量和应力量的放大,有运动状态量和最大剪应力集中现象.结论SH波传播数值模拟三角形格子法计算精度较高,处理不规则边界非均匀介质波动问题的适应性强,算法实现简单、计算量小.是研究大规模、不规则边界非均匀介质中SH波传播问题的一种有力工具,为岩土动力学中的波动研究提供了一种新的数值方法.     

非均匀介质中弹性波的传播

对弹性波在非均匀介质传播时的波幅进行了研究,用解析方法探讨了非均匀区域性质变化时对弹性波波幅的影响,将非均匀区域离散成薄层,建立了波动方程和波幅传递矩阵,通过数值计算结果与解析解的比较,为弹性波在工程中的应用提供了计算分析的依据.     

饱和土层中桩的扭转振动响应分析

基于饱和多孔介质理论研究了在三维轴对称条件下端承桩在饱和土中的扭转耦合振动问题,提出了桩与土在谐和振动情况下的定解问题，先对土层动力平衡方程进行求解并得到土体扭转振动位移形式解，依据平衡条件将该形式解耦合进桩身动力平衡方程，并通过对桩动力平衡方程的求解，得到桩顶转角和切向速度频域响应解析解和半正弦脉冲激励作用下桩顶时域响应的半解析解.数值分析结果表明，桩的长径比和波速比对桩顶动力响应有较大的影响，孔隙率和渗透力影响较小.将扭转振动结果与纵向振动分析结果进行了对比，二者在图形形状上有很多相似之处.     

减振孔减振效应的数值模拟研究

利用显式动力有限元软件AUTODYN研究了减振孔对岩石地下洞室爆破产生的爆炸应力波传播与衰减以及对地表和邻近地下洞室动态响应的影响与规律.通过与爆破模型试验结果进行对比,验证了 AUTODYN模拟地下洞室爆炸过程和应力波传播的有效性和准确性.通过数值模拟分析了不同减振孔参数对邻近洞室和地表的质点峰值振动速度(PPV)和...     

弹性支承桩受迫振动问题广义函数解及应用

本文首先利用广义函数（狄拉克δ－函数）建立了桩端为弹性支承时,考虑桩侧土作用,桩顶受稳态正弦激振条件下,基桩纵向振动问题的定解问题,随后求得了其解析解,接着由迭加原理求得了瞬态半正弦激振条件下的解。最后,将瞬态激振条件下得到的理论曲线与反射波法测得的实际曲线进行了拟合对比,结果表明两者较为一致。     

确定非均匀土层自由场地震动二维简化模型

研究了非均匀土层自由场地震动的二维简化模型.取非均匀土层剪切模量沿深度按幂函数变化(G=G0zp,其中G0和p为常数).首先,利用弹性波动理论,得到土介质的二维波动方程;再采用分离变量法来求解该方程,根据波的衰减特性确定波沿水平方向衰减系数,得到水平分量的解析解;然后,将水平分量的解析解带入原二维波动方程组中,将原二维波动方程组转化为一维形式.再利用MATLAB计算软件计算出其数值解;最后,通过具体算例,分别对研究的二维简化模型与一维剪切梁模型进行比较.     

低应变检测中振源及桩土相互作用的影响分析

敲击-回波法是基桩完整性检测的有效方法,基于一维应力波理论,可以根据桩顶反射波质点振动速度响应曲线（包括走时、幅值及相位）来确定桩体波阻抗变化范围及程度。然而,在实际中,桩是柱体而非杆件,截面变形不均匀。通过点源激发的波分量及在桩顶侧面的反射波,分析了桩顶近场三维波动现象,并基于圆柱中纵向波对远场波进行分析。结果表明,在测点位置及激振频率满足一定的要求时,三维波动特性及纵向波频散特性可以削弱,桩的动测信号可近似用一维应力波理论来分析。在桩土相互作用下,桩体中应力波随传播衰减,分析了桩土剪切波速差异对应力波衰减影响规律,结果表明,应力波衰减不仅与桩土剪切波速比值有关,而且还与桩土剪切波速绝对值有关,桩体剪切波速越低、土体剪切波速越高,应力波衰减越快。     

考虑管土分离的基坑开挖引起邻近地下管线位移分析

在城市建设中,深基坑开挖会对邻近既有地下管线产生较大威胁。目前,基于有限元数值模拟和传统弹性地基梁模型分析方法无法考虑由于管线与土体之间刚度和变形的差异性而造成的管土相互分离现象,使得对于基坑开挖引起管线变形的预测偏于不安全。基于Pasternak弹性地基梁理论,引入管土相互分离计算模型,推导了基坑开挖引起的邻近管线变形计算解析解。参数分析结果表明,管线最大位移随管土分离段长度的增大而增大,且当管线抗弯刚度较小时,土体剪切作用对管线变形影响较大。通过理论计算结果和有限元数值模拟结果及现场实测数据的对比,验证了分析模型的适用性。     

基于新型流形法的三维应力强度因子求解

为保证在裂纹尖端具有最佳的逼近,裂纹尖端的解析解与其周边数值解联合应用的新型流形法可用来求解应力强度因子,但仅限于平面问题的Ⅰ型和Ⅱ型裂纹.沿用解析解与数值解联合应用的思路,以三维穿透直裂纹为研究对象,在裂纹尖端引入Williams解析解级数,应用解析覆盖与周边数值覆盖联合求解三维应力强度因子,相对于其他数值方法而言,...     

天然河道非定常自由面流的守恒差分格式

提出了一维非定常浅水流的一种显式守恒差分格式．适用于天然河道或水库中的溃坝洪水波的传播．数值解与解析解符合较好，实际天然梯级水库的溃坝波传播的数值实验表明，计算稳定，结果合理．     

基于地面温度影响的多根浅埋人工冻结管稳态温度场半解析解研究

提出基于共形映射、问题拆分、边界离散方法获取描述浅埋多冻结管受地面温度影响下半无限大平面内温度场的半解析解。简化了同类问题的求解难度。半解析解相对于数值解有求解速度快、精度高的优点。避免了基于有限元方法的数值模拟计算方法需重复建模的弊端。该半解析解可以对多根浅埋冻结管周围温度场及反问题进行求解。级数形式的半解析解可为后续研究不同边界条件下温度场奠定基础,同时可以帮助理解半无限大平面内任意位置多孔洞在弹性波影响下的受力情况。     

P波空间斜入射下沥青混凝土面板堆石坝响应特性及面板破坏评价

地震波入射方位和斜入射角度对于沥青混凝土面板堆石坝地震响应结果有着显著影响。本文从地震动传播机制出发,基于波场叠加原理,推导了P波以任意入射方位角和斜入射角空间斜入射下弹性半空间自由场计算公式,建立了P波空间斜入射波动输入模型。以不同应变率下的沥青混凝土单轴动态拉伸试验结果为基础,提出了考虑抗拉强度随应变率实时变化的沥青混凝土面板破坏评价方法。考虑16种不同入射方位角和斜入射角下的P波空间斜入射工况,从面板应力和加速度两方面分析了入射方位角和斜入射角对某实际沥青混凝土面板地震响应特性的影响,并进行了沥青混凝土面板的抗拉破坏评价,分析了静态评价方法与动态评价方法的差异。结果表明,所建立的P波空间斜入射波动输入模型能够准确模拟半空间自由场,波动输入数值解与解析解符合良好;与垂直输入射相比,面板顺水流向、垂直水流向加速度峰值最大分别增加135.9%和92.7%,竖向加速度峰值最大减少68.3%;空间斜输入导致面板动应力增大,主拉应力和主压应力最大分别增加3.6倍和2.7倍,忽略入射方位角和斜入射角可能会严重低估面板的地震响应。传统将静态强度提高30%作为动态强度的面板抗拉破坏判别方法过于严格,本文提出的考虑应变率效应的沥青混凝土面板破坏评价方法较为符合实际。     

无限均匀固体介质包围的固体圆柱中弹性波的理论求解与数…

对各向同性弹性固体地层包围的固体圆柱中，对称点源激发的声波进行了理论求解和数值研究。详细分析了沿圆方向传播的导波的频散及激发特性，分析并计算了声波场沿柱体外介质纵，横波支点的割线积分。在分波分析的基础上，进行了瞬态全波场的数值模拟，计算了不同地层参数下圆柱界面上不同点径向切应力和径向法应力的瞬态全波曲线。     

变水头作用下承压含水层地下水波动解析解研究

使用傅里叶变换方法提出一种变水头作用下承压含水层地下水波动通用解析解,并基于叠加算法,探讨上述通用解析解在"L形"和非"L形"河口海岸地表水-地下水交互作用解析中的应用.研究结果表明:对一维不同水头变化影响下的含水层地下水波动问题,通用解析解计算结果与经典解析解/MODFLOW数值解拟合较好,通用解析解能够有效反演不同边界水头变化驱动下的地下水位波动;"双潮"影响下河口地区地下水位变化可分解为河口潮和海潮对地下水位影响一维问题的叠加,提出的近似解析解能有效反演"L形"和非"L形"河口海岸含水层地下水变化过程.