粘弹性地基中人工边界的波动反射效应

依据平面应变问题中的波动方程,从半平面地基和层状地基在分布谐振力作用下的位移场及应变场来确定粘弹性地基侧向垂直面上的波动总能量。通过数值计算,分析在不同激振频率下,波动在传递过程中能量的衰减规律,由此来评价人工边界的波动反射效应。     

粘弹性人工边界地震动输入方法及实现

进行结构-地基动力相互作用分析时必须考虑无限地基辐射阻尼效应，粘弹性人工边界方法由于其优越性而得到广泛应用，但对于外源地震作用下结构-地基体系的动力响应分析，还需要确定相应于粘弹性边界的地震动输入，目前一般转化为人工边界节点上的等效节点力处理，为此需要求解自由场位移、速度和应力，比较繁琐。本文首先对目前实现粘弹性边界的常用方法进行了总结。其次，对相应于粘弹性边界的地震动输入公式进行了详细的推导，使得自由场应力的求解也转化为自由场速度的求解，简化了地震输入公式，并给出了地震动输入的简便实现方法。然后，基于ABAQUS软件，进行算例分析并和理论解进行了对比，验证了各种粘弹性边界实现方式及本文地震动输入方法的合理性和正确性。最后，对大朝山重力坝典型挡水坝段进行地震响应分析，通过施加粘弹性边界并输入相应地震动，评价了无限地基辐射阻尼的影响。与无质量地基模型进行比较，结果表明坝体地震响应明显降低，故在实际工程抗震分析时对其影响应予以适当考虑。     

三维饱和地基人工黏弹性边界

本文针对中低频率工程振动问题,不计流体加速度,基于球面波动方程导出了无限大三维饱和地基人工黏弹性边界及其流量边界条件。在此基础上给出了具有人工黏弹性边界的饱和土体动力固结问题虚位移原理。根据有限元语言编写出算法脚本文件,并基于有限元自动生成系统(FEPG),生成了计算源代码程序。通过在无限大地基表面施加冲击荷载和突加荷载的数值算例,验证了所建立方程和程序的正确性。本文方法可以应用于三维饱和地基的动力固结问题数值模拟。     

半透水边界的竖向排水井地基粘弹性固结分析

研究了具有半透水边界的竖向排水井地基粘弹性固结问题 ,给出了相应的解析解 ,并根据该解析解通过编程计算 ,探讨了半透水边界及土的粘弹性参数对竖井地基固结过程的影响。     

半透水边界的竖向排水井地基粘弹性固结分析

研究了具有半透水边界的竖向排水井地基粘弹性固结问题，给出了相应的解析解，并根据该解析解通过编程计算，探讨了半透水边界及土的粘弹性参数对竖井地基固结过程的影响。     

粘弹性人工边界理论及其在重力坝模态分析中的运用

研究了在结构—地基动力相互作用问题中,人工边界理论的发展过程,重点分析粘弹性人工边界的理论价值和可行性。通过使用有限元分析软件ANSYS,设置combin14单元的参数属性,实现了对粘弹性人工边界的模拟并验证其性能的准确性。对重力坝在考虑结构—地基相互作用的情况下进行了模态分析,并和不考虑相互作用、假定地基为刚性条件下的情况进行比较。     

考虑成层地基的黏弹性人工边界模型

为了将黏弹性人工边界条件用于成层地基模型的计算中,基于波动理论,推导了不同类型地震波的波幅比计算公式,采用延迟法考虑行波效应,完成了成层地基的自由场求解,得到了考虑地震波一次反射透射的等效荷载计算公式,最终建立了考虑成层地基的黏弹性人工边界模型。以SV波垂直入射为例,采用所建立的模型进行了重力坝的动力计算。结果表明,该模型满足工程抗震分析的精度要求,可以解决成层地基条件下,地震波垂直入射时考虑土-结构相互作用的结构动力分析问题。     

粘弹性地基中管桩的纵向振动特性研究

基于经典的平面应变假定,推导出了管桩动力响应的频域解析表达式。分析了土体剪切模量、阻尼系数、桩芯土、桩径等对振动特性的影响。计算结果表明：土体剪切模量越大,速度导纳曲线和复动刚度曲线振荡幅值越小;土体阻尼系数越大,速度导纳曲线振荡幅值越小;桩周土对桩壁的摩阻力要比桩芯土大;桩径越小,桩芯土对桩的作用力越小。     

水库淤砂对动水压力波反射效应的饱和多孔粘弹性模型

在Biot的饱和多孔弹性介质的动力理论基础上,建立了水库淤积层对流体压力波反射吸收特性的分析模型,计算了反射系数α随淤积参数及激振频率变化的规律,并与单项等效粘弹性介质模型的结果作了比较。这一结果为水坝地震动水压力计算中考虑水库底淤砂的影响提供了分析依据。     

等效黏性边界单元及黏性边界波动输入方法

为更好的利用大型通用软件进行结构-地基动力相互作用分析,本文在黏性边界的基础上提出黏性边界单元的概念,通过构造相同阻尼矩阵的方式提出了能够实现黏性边界功效的特殊有限单元-等效黏性边界单元.等效黏性边界单元能够较好的模拟地基的辐射阻尼效应,使黏性边界的实现更加方便.同时,为简化大型通用软件中地震波的输入,提出了适合于黏性边界条件下水平成层地基中垂直入射地震波的输入方法.该方法不需要借助其它辅助计算就可直接在各种大型通用有限元软件中用一个数值模型实现地震波动输入,具有很强的通用性.此输入方法极大的减少了地震波动输入的数据准备工作,降低了操作的复杂程度.数值算例表明,等效黏性边界单元及文中提出的地震波动输入是简单可靠的.     

半无限粘弹性地基对重力坝动力特性的影响

本文利用了文献[1]给出的半无限粘弹性地基表面动刚度系数,用子结构拼接法得到了考虑地基影响后的动力方程,然后用摄动法近似地求解了复本征值问题,分析了半无限粘弹性地基对重力坝自振周期、最大地震惯性力和最大地震应力的影响.从而可把文献[2]给出的最大地震惯性力Q_(max)和最大地震竖向应力σ_(max)进一步表示为Q_(max)=Q_1α_Qγ_Qψ_Q和σ_(max)=σ_1α_σγ_σψ_σ,ψ_Q和ψ_σ分别为最大地震惯性力和最大地震应力的地基影响系数.     

具有 Riblets 边界面的粘弹性流体速度分布的实验研究

利用激光测速手段研究了明槽中 Riblets 边界上粘弹性流体流动的速度分布。实验证实，粘弹性流动在具有三角形的 Riblets 底边界时，其粘性底层与紊流核心区内的时均速度分布与窦国仁[1]提出的粘弹性流体速度分布的理论公式很接近。在过渡区，时均速度的理论值与实测值存在着一定程度的差别，这反映了 Riblets 的影响。根据试验值，文中用试错法对窦氏公式予以修正，用其表述在具有 Riblets 底边界时的粘弹性流动的时均速度分布。对于脉动速度，实验表明其最大强度出现在过渡区，且该区域较之具有光滑壁面的清水流动的范围为宽。实验还显示， Riblets 底边界存在的情况下，脉动速度与窦氏理论值是很接近的。理论预报值略高于实测值。     

粘弹性边界及地震动输入在ABAQUS中的实现

ABAQUS有限元软件在水利工程中应用广泛,人工粘弹性边界和等效节点荷载法是水工构筑物地震动力响应分析的常用方法。基于ABAQUS计算内核,采用Python计算机语言编写了二次开发程序,实现了人工边界处各节点的弹簧、阻尼器及等效节点荷载自动设置的功能,并具体阐述了程序编译流程和关键要素。建立的典型SV波底面入射模型对程序的适用性进行了验证,结果表明地震波的传递及反射规律与理论解一致,程序合理可行。     

复杂地基中波动问题的数值模拟及其近似求解方法

本文采用结线动力无穷元，利用动力子结构近似计算方法，分析了拱坝地基的动刚度系数.结果表明，采用这种动力无穷元和子结构近似计算相结合的方法，不仅可以有效的模拟结构地基的几何与介质条件的复杂多变性和多种介质的无限延伸性，而且具有良好的精度和计算效率。     

混凝土断裂能的边界效应

本文从试件边界条件对断裂性能的影响出发,通过局部断裂能在韧带分布的连续光滑曲线假定,给出了真实的混凝土断裂能表达式,称为光滑曲线模型,并与受扰韧带模型及双线性模型进行了初步比较,同时,进行了4组不同韧带长度的楔人劈拉试验.结果表明,根据断裂功方法测得的混凝土断裂能的尺寸效应是由于局部断裂能在试件韧带上分布的不均匀引起的,而此分布特性受试件边界条件的影响;当试件尺寸足够大时由试验测得的断裂能即为混凝土的真实断裂能,也就是试验测试值的极限值;本文模型计算得到的混凝土断裂能与受扰韧带模型及双线性模型的计算结果非常接近,但3个模型在描述边界条件对其影响的程度上却各不相同,有待于做进一步研究.     

无限域中的动力人工边界

以二维出平面弹性波动为例,总结了几种常用的局部人工边界,即黏性边界、旁轴近似边界、Higdon边界、叠加边界、透射边界和黏弹性边界.分析了各种局部人工边界的优缺点,讨论它们之间的相互联系,并对它们的精度和适用性进行了比较.最后介绍了局部边界尤其是高阶边界可能存在的稳定性问题的研究进展.     

粘弹性层状地基动力柔度系数的传递矩阵解法

本文从二维波动方程出发,利用Fourier-Laplace变换,导出了简谐荷载作用下均质粘弹性地基层的位移、应力初参数变换解。由传递矩阵法,获得了多层地基动力柔度系数的递推公式。数值计算表明,本文方法不仅简单,且具有良好的精度。