含裂纹的直角域中凸起与衬砌的动态性能分析

为了研究直角域中裂纹附近缺陷对SH波的散射,采用复变函数法、镜像法和裂纹切割法研究直角域中裂纹附近凸起和衬砌的动应力集中问题,给出了圆形衬砌周边的动应力集中系数与裂纹尖端动应力强度因子的解析表达式,并给出了它们随入射波频率、材料的物理常数和结构几何参数变化的计算结果图。结果表明:入射频率、裂纹长度对动应力集中系数影响显著,高频入射时动应力集中系数最大值比低频入射时提高20%,增加衬砌厚度并不一定能使动应力集中系数减小,入射频率对地表位移影响较大。对含缺陷的直角域进行动力学分析非常必要。     

饱和半空间圆形衬砌对稳态剪切波的散射

根据饱和土中Biot波动理论,采用复变函数和多级坐标的方法对半无限饱和土中稳态剪切SV波对地下圆形衬砌周围的散射和动应力集中的问题进行了研究,分析计算了动应力集中系数在随土体孔隙率、渗透系数以及弹性衬砌厚度的变化时在衬砌周边分布情况,为研究半空间饱和土中衬砌结构对稳态剪切波的动力响应提供了一种有效的解析方法。研究结果表明在稳态剪切波作用下,半空间饱和土中圆形衬砌周边的动应力集中系数分布随土体孔隙率的增加有增大的趋势,而渗透系数变化的影响很小,增加弹性衬砌厚度有利于减少动应力集中效应,计算结果对工程实践具有一定的参考意义。     

饱和土中多孔洞对SH波的散射与动应力集中分析

根据Biot波动理论,采用复变函数法和多极坐标法下饱和土中多个非圆形孔洞的应力、位移边界条件下的基本解,求解SH波在饱和土中孔洞周围的散射和动应力集中的数值解,建立了一种求解饱和土孔洞对稳态SH波散射的理论方法.算例结果表明:随波数的增加,动应力集中系数和孔压集中系数都减小.波数在低频范围内,动应力集中系数随孔间距的增加而减小,而孔压集中系数随孔间距的增加而增加.另外,动应力集中系数和孔压集中系数随椭圆度的增加而减小.     

SH波作用下地表覆盖层对浅埋圆孔散射与动应力集中的影响

利用复变函数法和波函数展开法给出了具有地表覆盖层的弹性半空间内圆形孔洞在稳态SH波作用下动应力集中问题的解.根据SH波散射的衰减特性,该问题采用大圆弧假定法求解,利用半径很大的圆来拟合地表覆盖层的直边界,将具有地表覆盖层的半空间直边界问题转化为曲面边界问题.借助Helmholtz定理预先写出问题波函数的一般形式解,再利用边界条件并借助复数Fourier-Hankel级数展开把问题化为求解波函数中未知系数的无穷线性代数方程组,截断该无穷代数方程组可求得该问题的数值结果.最后,通过算例讨论了地表覆盖层对浅埋圆孔动应力集中的影响.结果表明,半空间地表覆盖层的存在,即使厚度很薄,对入射SH波的散射也具有很大影响,覆盖层刚度和厚度的变化可显著改变浅埋圆孔周边动应力集的分布.     

含有脱胶的椭圆夹杂及圆夹杂对SH波的散射

为了求解半空间内含有部分脱胶的椭圆夹杂与圆形夹杂对SH波的散射影响问题,本文将复变函数法、Green函数法与保角映射技术相结合,根据保角映射的原理,将椭圆夹杂映射为圆夹杂,求出散射波的位移及应力场。结合Green函数法在脱胶部分"虚设点源",根据椭圆夹杂以及圆形夹杂周围应力及位移连续的边界条件,求出位移及应力的基本解。在脱胶部分通过施加大小相等、方向相反的力构造"脱胶模型",得到在半空间内含有部分脱胶的椭圆夹杂以及圆形夹杂对SH波散射的总位移场。通过数值算例表明:得到不同的介质参数对动应力集中系数的影响不同,其中,SH波入射的角度、入射频率、波数比、介质参数、埋深、缺陷之间距离、脱胶角度等对动应力集中系数都有影响。     

出平面线源载荷对浅埋弹性圆柱散射与地震动

为研究半空间内圆柱与裂纹同时存在时复合缺陷的动力学响应,采用复变函数、多极坐标方法,求解了与时间谐和的出平面线源荷载对含有弹性圆柱的半空间散射问题,给出了弹性圆柱周边的动应力集中与地表位移的数值结果.采用"分区"的方法,分别构造出含有弹性圆柱半空间内的散射波和弹性圆柱体内驻波的表达式,应用位移与应力边界条件求解出表达式中的未知数,确定散射波和驻波;从而给出含有弹性圆柱半空间的位移场与应力场.通过数值算例,讨论了各种参数对弹性圆柱周边的动应力集中系数与地表位移的影响规律.结果表明,线源荷载埋深大于60时,对地表位移就没有影响了.     

SH波入射时浅埋结构的动力分析

建立了求解浅埋圆形孔洞对稳态SH波散射以及浅埋结构动力分析的解析方法。利用SH波散射的对称性和多极坐标的方法,构造出了一个可以预先满足水平地面上应力自由边界条件的圆形孔洞对稳态SH波散射的波函数。利用这一波函数,可将该问题转化成对一个圆形孔洞散射的求解问题。该问题的解答,最终又可归结为对一组无穷代数方程组的求解问题,并可利用截断有限项的方法对其进行计算。最后给出了当稳态SH波入射时有关浅埋圆形孔洞附近的动应力集中问题的算例和数值结果,并讨论了波数与浅埋圆形孔洞孔心至自由边界距离变化对动应力集中的影响。     

SH波作用下裂纹对圆夹杂散射动应力集中问题的影响

研究SH波入射时在圆形夹杂附近存在裂纹的情况下圆夹杂散射动应力集中问题．利用Green函数法求解动应力集中系数．取含有圆形夹杂的弹性全空间上任意一点承受时间谐和的出平面线源荷载作用时位移函数的基本解作为Green函数,采用裂纹“切割”方法建立问题的求解积分,得到圆夹杂周边动应力集中系数的解答．最后给出圆形夹杂附近存在共线与平行直裂纹2种情况的解答,并与无裂纹的情况进行比较。     

含孔半圆形凸起地形及多个孔洞对SH波的散射

应用"契合"、复变函数及多极坐标法研究在平面SH波的作用之下,含有圆形孔洞的半圆形凸起地形与其附近的多个圆形孔洞的散射问题,研究了SH波对其动应力集中及地震动的影响.对问题求解时,将所研究的区域一分为二,成2个区域,并分别构造其波函数.最后在2个区域的公共边界上实施"契合",而得到问题的解答.最后给出了算例,分析讨论了地表位移幅值及圆形孔洞周边上的动应力集中系数的变化规律.结果表明,浅埋多圆孔的间距越小,对地表位移幅值和动应力集中系数的影响越大,当浅埋圆孔间距与凸起半径的比值达到400时,对地表位移的影响基本消失.     

SH波对浅埋圆孔附近多个半圆形凸起地形的散射

局部地形对地震动的影响是地震工程学研究的重要课题,文章应用“契合”与多极坐标的方法对由多个半圆形凸起构成的复杂地形及其附近的圆形孔洞对SH波的散射与地震动问题进行了研究．最后通过具体算例,讨论了半圆形凸起地形表面上的地震动、浅埋圆孔周边位移及动应力集中系数．结果表明：多个凸起与浅埋圆孔之间相互影响明显,应该引起重视。     

Tomography of the dynamic stress coefficient for stress wave prediction in sedimentary rock layer under the mining additional stress

In this study, the tomography of dynamic stress coefficient(TDSC) was established based on a mechanical model of stress wave propagation in bedding planes and a mathematical model of the stress wave attenuation in rock masses. The reliability of the TDSC was verified by a linear bedding plane model and field monitoring. Generally, the TDSC in the dynamic stress propagation of bedding planes increases with the following conditions:(1) the increase of the normal stiffness of the bedding plane,(2) the increase of the incident angle of the stress wave,(3) the decrease of the incident frequency of the stress wave, or(4) the growth of three ratios(the ratios of rock densities, elastic moduli, and the Poisson's ratios) of rocks on either side of bedding planes. The additional stress weakens TDSC linearly and slowly during the stress wave propagation in bedding planes, and the weakening effect increases with the growth of the three ratios. Besides, the TDSC decreases exponentially in the rock mass as propagation distance increases.In a field case, the TDSC decreases significantly as vertical and horizontal distances increase and its wave range increases as vertical distance increases in the sedimentary rock layers.     

流固耦合输流管系统的动力学分析及参数影响

为了探究航天器供能系统中输流管系统的动力学问题,建立了输流弯管的有限元模型,并进行流固耦合模态分析,研究了输流管壁厚、管径及弯角角度对其固有频率的影响.另一方面,选取星载质子交换膜燃料电池系统中的一段输流管,进行非定常流输流管动力学响应分析,研究了阀门安装位置和壁厚对管道动位移和应力值的影响.数值结果表明:流固耦合作用降低了输流管的固有频率,随着输流管壁厚的增大,输流管固有频率逐渐增大,输流管管径和弯角角度对输流管的低阶固有频率影响较小,但对高阶固有频率有较大影响;流体的非定常流动会导致管壁动位移值和应力值产生突变,管道动位移幅值和应力幅值受阀门安装位置影响很小,但出现应力极值的位置随其变化而变化;随着输流管壁厚的增加,输流管动位移幅值和应力幅值减小.     

埋深对圆形洞室爆破临界破坏振速的影响研究

采用多极坐标和复变函数方法，利用一个半径很大的圆近似代替半空间的直边界，运用应力波理论，研究了爆破振动作用下，洞室埋深对圆形地下洞室临界振速的影响。以埋深为9m和600m的地下洞室为例，比较了爆破地震波作用下，不同埋深地下洞室的应力和振速分布；根据实际工程需要，求出了爆破地震波以不同角度入射，洞室埋深不同时围岩的弹性临界破坏振速。     

浅埋相邻多个圆形衬砌与SH波的相互作用

利用SH波散射的对称性与多极坐标法,构造了一个可以满足水平地面上应力自由边界条件的浅埋相邻多圆形衬砌对SH波散射的波函数。利用此波函数,将半空间的问题转化成对全空间中的相邻多圆形衬砌的散射问题的求解。该问题又可归结为对一组无穷代数方程组的求解问题,并可利用截断有限项的方法对其进行计算。作为算例,检验了截断计算的精度,给出了当稳态SH波入射时有关浅埋相邻二个圆形衬砌的动应力集中问题的数值结果, 并予以了讨论。     

自由面对潜艇水动力影响的估算

自由面对潜艇水动力的影响包括入射波和潜艇兴波。在波高远小于波长情况下,将入射波问题和兴波问题分别考虑,然后线性叠加给出自由面对潜艇水动力影响。将随机海浪看作是若干个余弦平面进行波的叠加,其频率和波高由Ｂｒｅｔｓｃｈｎｅｉｄｅｒ谱来决定。在入射波问题中,忽略了辐射波和绕射波的影响,并仅考虑不随时间变化的稳态力,它是航速、航深、海浪频率和浪向的函数。在兴波问题中,根据细长体理论采用源汇分布法计算其水动力。     

基于径向不变假定的变阻抗现浇大直径管桩瞬态动测响应频域解

为了分析低应变检测时有缺陷的现浇混凝土大直径管桩在瞬态集中荷载作用下的动力响应问题,基于径向不变假定建立了任意段变阻抗大直径管桩的计算模型和波动方程,采用Laplace变换法求得了波动方程的频域解析解,采用Fourier逆变换求得了时域响应.将计算结果与3维有限元、1维波动理论和3维解析解的结果进行了对比分析.研究结果表明:本文解析方法的计算结果和3维有限元结果较为接近;在90°测点,3维有限元、本文解析解和1维波动理论的速度响应差别不大.通过桩顶不同点的动力响应分析可知,入射波峰到达的时间随测点与激振点夹角不同而变化,夹角越小,到达时间越早;深度较浅缺陷反射波峰到达的时间随测点与激振点夹角而异,但达到一定深度后,缺陷反射波峰到达时间差别较小;高频干扰最小的点在夹角90°的点;对工程实测曲线的较好拟合表明该频域解析解具有一定的工程实用价值.     

交通荷载作用下埋地管道应力分析与现场测试

为研究交通荷载作用下管道结构的力学响应特性,应用线弹性力学理论,将车辆轴载下埋地管道的静力计算问题分解成3个部分依次求解：基于Boussinesq解答的管顶附加土压应力计算,基于Winkler弹性地基梁模型的管道纵向应力计算,基于Iowa公式的管道环向应力计算. 在此基础上探讨轮压、管道埋深、轮-管水平距离、管-土相对刚度、土壤阻力模数等参数对埋地管道力学性状的影响规律. 此外,应用光纤光栅传感器,对某供水管道在车载作用下的应变响应进行现场测试. 理论计算方法和测试结果对比分析表明：采用该传感器监测管道表面应变具有较高的精度和灵敏度;管顶轴向应变峰值对车速的不敏感;采用静力计算方法分析车辆荷载作用下埋地管道的应力问题具有合理性．     

桩-土系统在波浪荷载下的动力响应分析

通过展开波浪对桩散射问题的特征函数的方法研究了波浪荷载作用下桩-土体-水流系统的动力响应问题.采用动力Winkler弹性地基梁模型模拟桩土动力的相互作用，通过求解满足柱面非齐次边界条件的Laplace方程，直接构造波浪对柔性桩的散射速度势，考虑了流体和桩体的相互作用，由解析法给出了埋置圆桩在波浪荷载下的动力响应.研究和分析了在波浪力作用下泥面冲刷深度、土参数、波浪入射频率对桩身内力、桩身振动响应的影响.在波浪荷载作用下，与先计算柔性悬臂端波浪力再考虑桩土间相互作用的情况相比，当考虑桩土耦合振动时，桩的水平振动的振幅减小，基频降低.     

湿陷性黄土地区埋地管道稳定性分析

湿陷性黄土浸水后易产生自重湿陷,黄土的强度会大大降低,并对沿途埋地管道的安全运行产生威胁.为了研究埋地管道在湿陷性黄土地区的稳定性,基于有限元方法,分析了外径和壁厚不同的管道在湿陷时产生的位移、应力和应变;采用特征值屈曲理论,研究了一定条件下埋地管道在黄土灾害中所能承受的极限长度.结果表明,增大管道外径和壁厚、减少管道...