在PML边界条件下锥形波导内场分布研究

根据Yee氏的时域有限差分（FDTD）方法模拟了具有PEC（Perfectly Electric Conducting）边界的锥形波导内场分布情况，同时为了减少外行传播时在网格截断处的反射，在计算域中引入了Berenger完全匹配层（Perfectly Matched Layer，PML），证明了PML吸收边界条件应用于光波导结构分析的有效性。     

隧道开挖对邻近土体位移影响的数值分析

在城市修建地铁的过程中,隧道洞口开挖会不可避免地对隧道洞口周围的土体产生影响。采用有限差分软件FLAC3D来分析由于隧道开挖而引起的土体位移。在数值模型中,假设衬砌为线弹性材料;而土体则是由Mohr--Coulomb破坏准则控制的弹塑性材料。将采用有限差分软件计算得到的土体位移结果同采用解析法以及经验法得到的位移结果进行对比。并结合不同土层刚度以及衬砌刚度的情况,来分析以上两个因素对土体位移的影响。经过分析得到的结果表明：（1）通过有限差分软件计算得到的地表土体沉降曲线能够与采用解析法以及经验法得到的沉降曲线很好的吻合,但是采用数值方法得到的沉降曲线相对较宽并且较浅。（2）在上软下硬土层中,地表土体的最大沉降值将变大而沉降曲线将变窄;而在上硬下软土层中,地表土体的最大沉降值将变小而沉降曲线将变宽。（3）随着衬砌刚度的增大,土体的位移将会减小。     

一种计算旋转对称目标散射的有限元算法

给出了一种混合使用有限元和圆柱完全匹配层计算旋转对称目标散射的有限元算法。使用矢量棱边基函数表示横向场分量，用标量节点基函数表示角度场分量。矢量基函数的使用消除了伪解问题，圆柱坐标完全匹配层（PML）的使用缩减了有限元网格，从而避免了无用的计算。这种方法能够处理大型的实际雷达目标，对于标准目标的计算结果符合得很好。     

地铁荷载作用下隧道土体变形的数值模拟

天津市区地铁隧道一般埋设于第一海相软土层中,目前针对这一海相软土层在地铁荷载下隧道周围土体变形的研究较少.本文利用ABAQUS有限元软件,模拟地铁运行荷载,对比分析隧道周围土体在竖向和水平方向上距隧道不同距离处土体的变形,结果表明:土体变形较大的区域主要集中在以隧道轴线为中心的10,m范围内,工程建设时对此区域土体要重点关注;而在30,m以外区域土体变形较小.分析结果为以后在现有地铁隧道沿线建设地下构筑物时提供了有价值的参考.     

波函数法在成层半空间圆形隧道动力响应分析中的应用

采用波函数法给出移动点源作用下成层半空间中圆形衬砌隧道动力响应的解析闭合解,其中圆形衬砌隧道模拟为中空圆柱体,隧道周围土体模拟为含有圆形孔洞的半空间,衬砌结构和土体均为黏弹性介质。带有圆柱形孔洞的半空间中总波场由外行的柱面波和下行的平面波构成,圆形衬砌隧道中的总波场可由奇异的柱面波和非奇异的柱面波获得,采用完整形式的矢量平面波函数和柱面波函数可对上述各种波形进行精确描述。由于半空间隧道模型地表的边界条件在直角坐标系中描述,土层与衬砌接触界面上的边界条件在柱坐标中描述,需要利用平面波和柱面波矢量波函数间的变换特性解决上述坐标不匹配问题,并最终通过施加地表和隧道-土体界面处的位移、应力边界条件完成整个模型的解析求解。该解析解可为地铁列车环境振动问题提供一套高效准确的分析方法,并可作为其他数值方法的基准解。数值计算结果表明:荷载速度、激振频率和土体成层性等因素对地表动力响应影响显著,随着地下水位的升高地表振动响应显著降低。     

交通荷载作用下饱和土中管道的动力分析

采用基于u-p格式的有限元数值解法分析饱和土中的管道在交通荷载作用下的动力反应.考虑了惯性力以及水土耦合作用、管土相互作用的影响，对控制方程采用标准Galerkin离散法和Newmark-β法建立有限元动力方程，并引入传输边界条件来模拟土体水平方向的无限性.土体单元包括二次插值的土骨架位移自由度和线性插值的孔隙水压自由度，可以解决混合模式引起的解的稳定性问题.研究表明，管道周围土体存在孔压较大的区域，且受土体的渗透系数和排水边界条件的影响；车速对管道的振幅和频率影响较大.孔压的增长和消散可进一步计算管体的力学性状和路面的沉降.     

在PML边界条件下锥形波导内场分布研究

根据Yee氏的时域有限差分(FDTD)方法模拟了具有PEC(Perfectly Electric Conducting)边界的锥形波导内场分布情况,同时为了减少外行传播时在网格截断处的反射,在计算域中引入了Berenger完全匹配层(Perfectly Matched Layer,PML),证明了PML吸收边界条件应用于光波导结构分析的有效性。     

软土地层盾构掘进土体稳定性模型试验研究

针对软土地层盾构掘进周围土体稳定性问题,自主研制了TJ-TBM2015多功能微型隧道掘进试验平台,通过改变外壳直径以模拟地层损失,采用动力控制系统,微型隧道掘进机可以实现盾构隧道的连续动态机械开挖。基于试验平台进行了地表无超载、地表有局部超载和隧道临近穿越群桩基础3种工况的盾构隧道掘进试验,通过传感器监测不同工况掘进过程中地表沉降变形和隧道周围土体的应力变化,研究土体的稳定性特征,并进行横向对比分析。结果表明,隧道开挖引起的土体应力重分布主要发生在隧道中心1倍直径范围内;局部超载对土体稳定性影响有限,但超载会造成其所在位置附近地表沉降增大;群桩基础对地层起到了一定的加固和隔离作用。     

强夯法加固地基的三维有限元动力固结分析

针对强夯动力固结模型解析解的复杂性，考虑地基惯性力及动接触应力，基于三维有限单元法建立了土体动力平衡方程，并给出该方程的迭代计算格式．通过算例计算分析，得到了强夯作用过程中土体动态响应的一般规律，为精确模拟分析强夯加固机理提供了有效途径．     

软土地层浅埋盾构施工的精细化数值模拟

为研究盾构隧道浅埋施工过程中多种因素对地层的扰动影响,基于有限差分平台建立模拟盾构动态开挖的精细化数值模型,考虑刀盘摩擦力、开挖面支护力、盾尾注浆压力和盾壳摩擦力对周围土层的综合作用,并将盾尾注浆时压力消散和浆液凝固的对应关系分阶段、分区域赋值,实现了对施工过程的精细模拟。利用厦门地铁1.0D埋深盾构隧道工程现场监测结果对数值模型进行验证,计算并总结了浅埋开挖引起软土地层的扰动变形规律,进而研究了各施工因素对扰动效果的影响。结果表明：软土地层盾构施工过程中,以刀盘顶推作用为主的机械开挖使前方土体径向扩张,开挖空间上方土体隆起,两侧土体外移;盾尾注浆阶段,在开挖空间两侧各1.0D范围内形成沉降槽,且随注浆压力消散逐步加深,隧道侧面土体水平位移在注浆层凝固期间,出现近场回弹和远场扩张现象;刀盘驶过目标断面3.0D后地层变形趋于稳定。刀盘摩擦力和盾壳摩擦力的增大会进一步加剧地层扰动变形,而开挖面支护力及盾尾注浆压力增大时,地表沉降有所减缓,侧面水平位移显著增加。因此,施工参数的选取应考虑对隧道周边地层扰动程度的均衡。     

土体循环塑性模型的动力有限元分析

在简要介绍基于广义塑性力学的土体次加载面循环塑性模型与土体动力有限元分析原理与计算方法的基础上，将循环塑性模型的本构方程结合进土体的动力平衡方程中，用无条件稳定的隐式积分(Newmark)法求解动力方程，建立了基于循环塑性模型的土体有限元动力分析方法；编制了相应的弹塑性动力有限元程序，程序用FORTRAN语言编写，采用模块结构，可求解连续介质在平面应力、平面应变和轴对称情况下的动力反应问题；最后利用所编程序对水平自由场地的饱和沙层在基岩加速度作用下的动力响应问题进行计算分析。通过对孔隙水压力发展时程、加速度响应时程与剪应力响应时程等计算结果的分析比较，初步验证了模型与程序用于实际计算的可行性和可靠性。     

一种非线性问题的随机载荷近似解法

在增量非线性有限元法的基础上，引用摄动技术将随机载荷分为确定性部分和摄动随机部分，把确定性部分看做摄动部分的线性基础，提出了在线性随机有限元基础上的小摄动非线性随机载荷近似解方法。这种方法可应用于现有的增量非线性有限元法，具有程序设计简单，有效利用非线性有限元分析程序等优点。     

地铁运行引起的饱和地基动力响应

基于Biot饱和多孔介质的波动方程,通过对时间的Fourier变换得出频域内的波动方程,结合边界条件利用Galerkin法推导出频域-波数域内的u-w格式的2.5维有限元方程,通过快速Fourier逆变换求得三维时域-空间域内的动力响应.通过计算实例验证了计算模型.建立地铁-隧道-饱和地基动力相互作用模型,分析地铁移动荷载引起的饱和地基动力响应.研究表明,地铁荷载加振频率对振动幅值及衰减规律的影响很大,控制荷载自振频率是减小环境振动的最佳措施.     

高铁弹塑性地基振动与变形的2.5维有限元算法

针对高铁运行引起的地基振动和塑性变形问题,提出高铁荷载作用下弹塑性地基振动与变形的2.5维有限元算法。将高铁运行诱发的地基变形视为材料非线性问题,采用改进的摩尔-库伦模型模拟地基土,基于弹性地基2.5维有限元法,将通过弹性理论计算得到的位移作为试探位移,经摩尔-库伦屈服准则判定屈服后,引入切线刚度迭代法、后向欧拉积分算法和一致切线模量算法实现刚度矩阵的更新迭代,从而求解出高铁运行引起的塑性变形。在此基础上,将轨道视为Eular梁,采用修正的多频列车荷载模拟高铁列车运行,并使用黏弹性人工边界处理截断边界,建立高铁弹塑性地基振动与变形的2.5维有限元验证模型。通过与移动点荷载弹性半空间解析解和地面振动实测结果进行对比,验证本文弹塑性地基2.5维有限元法理论的正确性及模型应用的可靠性,表明该方法可用于高效求解高铁运行引起的地面振动及累积变形问题。     

单侧隧道内爆炸荷载作用下双线地铁隧道的动力响应与抗爆分析

研究了单侧地铁隧道内爆炸荷载作用下双线地铁隧道的动力响应,并选用泡沫铝作为防爆措施进行了地铁隧道的抗爆分析．在土-结构动力相互作用分析中,采用有限元与无穷元相耦合的方法建立了由双线隧道及其周围有限成层土区、远场半无限土区的整体计算模型,其中土体的有限元模型是依据某地铁工程的地质勘探资料建立的．通过该实际地铁工程的数值仿真以及计算结果的对比分析,揭示了爆炸超压、双线隧道的埋深和间距以及隧道周围土质条件对隧道衬砌应力场的影响;研究结果也表明泡沫铝具有良好的缓冲吸能作用,是提高地铁隧道抗爆能力的一种有效措施．     

隧道开挖对邻近桩基影响的两阶段分析方法

隧道开挖过程中必然引起周围土体的侧向移动,从而使邻近桩基产生水平变形和附加弯矩。目前有限元数值模拟法建模与计算过程较为繁琐,为了解决隧道开挖下桩土相互作用问题,基于Winkler地基模型,采用两阶段分析方法,建立了隧道开挖条件下被动桩受力分析模型,推导出桩土相互作用控制方程,并基于有限差分思想给出近似解的形式。最后结合工程实例表明,该近似解与现场监测数据较为吻合,能够有效地分析隧道开挖对邻近桩基的影响。     

Numerical simulation of bistatic scattering from a target at low altitude above rough sea surface under an EM wave incidence at low grazing angle by using the finite element method

Astudyofscatteringfromavolumetrictargetaboverandomroughsurfaceisofgreatsignificanceintargetdetectioninterrainandoceanicclutters.Mostofanalyticalapproachestoroughsurfacescatteringarebasedonsomeapproximations,suchastheKirchhofftangentplaneapproximation,smallperturbationapproximation,two-scalemodelandothers[1].Analyticalstudyofscatteringfromanobjectabovethesurfacehasbeenlimitedtothemodelofasphereoracylinderaboveaplanarconductingsurface[2,3].Numericalmodelforsimulationofscatteringfromcomplextarget…     

永磁电机动态退磁的时步有限元计算

针对永磁电机瞬态运行时可能出现永磁（PM）材料不可逆退磁的问题,提出了一种利用PM实际磁化曲线建立其非线性退磁模型的永磁电机瞬态运行仿真的时步有限元方法.在电机磁场方程的求解中,给出了适用于各向异性材料的任何单元类型和任何单元个数的雅克比矩阵表示方法,并推导了以空间矢量矩阵表示的牛顿-拉斐逊公式和能实现非线性迭代计算的时步有限元公式.利用该时步有限元方法对一台永磁电机一相突然短路的动态过程进行了仿真计算,计算结果正确显示了PM材料的动态退磁过程.     

条形基础稳定性弹塑性大变形有限元分析

对土体失稳过程中弹塑性大变形的问题,采用大变形问题的Updated Lagrangian描述方法,建立了土体稳定分析的弹塑性大变形有限元模型,提出了坐标更新和非线性方程组线性化的方法：计算了均布竖向荷载情况下的条形基础地基稳定性,通过与Prandtl解和弹塑性小变形有限元法所得结果的对比,说明了用弹塑性大变形有限元法进行土体稳定性计算是可行的．通过对倾斜荷载作用并考虑土体自重情况下的条形基础地基稳定性分析,表明弹塑性大变形有限元法不仅能反映土体抗剪强度指标对土体稳定性影响,而且也能反映土体弹性参数对土体稳定性影响,说明了用弹塑性大变形有限元法计算土体稳定性的合理性及对工程安全的重要性．     

有限元与无限元耦合法计算坝的变形及应力

采用有限元与无限元相耦合的力学计算模型，解决了丹江口水电站３１坝段的计算问题．这种计算方法具有计算量小，精度高的优点．通过几种方案的计算比较，证明这种计算方法是有效的、成功的