高坝泄洪诱发场地振动传播问题的有限元-无限元耦合分析EI北大核心CSCD

高坝泄洪引起巨大水流脉动荷载产生的振动,沿河谷向上下游传播,结果会导致场地振动,对周围建筑物及居民正常生活造成不利影响。通过引入"有限元-无限元"理论,研究建立包含泄水建筑物、地基、周边场地土体以及无限半空间的有限元-无限元耦合模型,研究多振源联合激励模拟方法,分析高坝泄洪诱发场地振动的传播问题。结果发现,将同时采集到的引起场地振动的5处激励源视为5个独立的、不相关的等效荷载,通过无限元来处理边界条件,计算结果与原型观测结果更为接近。古河道区域场地振动强度相对较大,沿水平面传播初期强度变化不大,后期衰减迅速;其余区域振动强度较小,传播初期振动衰减迅速,随着距离的增加,衰减变得缓慢。振动能量初期大多为0.5~4.0 Hz的宽频振动,随着振动向下游传播,振动能量频带越来越集中,且低频能量衰减迅速。垂向传播过程中,覆盖层处的振动强度在同一个量级波动,振动频带较宽,振动传递至场地浅层泥岩层后振动强度迅速减小,频带逐渐变窄,且低频逐渐被土体过滤,传递至深部砂岩层后,振动强度可忽略不计。     

基于模型试验的高坝泄洪诱发场地振动影响因素研究

高坝泄洪引起巨大水流脉动荷载产生的振动,通过地基沿河谷向上下游传播,结果会导致场地振动,对周围建筑物及居民正常生活造成不利影响。通过改进传统物理模型,结合原型观测建立关联体系,研究高坝泄洪诱发场地振动的振源特性,以及影响振动强度的关键因素。结果表明:通过一系列隔振、减振措施建立的完全水弹性模型,能较好的模拟实际泄洪振动情况;通过线性预测,能准确的反映实际场地振动情况。泄流时孔口处脉动荷载是诱发坝体地基以及场地振动的首要振源,导墙和底板荷载次之。泄洪过程中不同的孔口开启方式,以及不同的上、下游水位是影响场地振动强度的主要因素。通过调节泄流方式可以从振动源头上有效的控制场地振动强度。地基刚度较小区域会对场地振动产生放大效应。     

基于薄片有限元-无限元耦合模型的地铁列车振动环境影响分析

鉴于地铁运营引发隧道及地层沿线路纵向的振动水平及特性不甚明确,应用薄片有限元-无限元耦合模型对地铁列车运营引发隧道基底、隧道壁及地表在垂直于线路的水平方向、铅垂方向及线路纵向三个方向上的振动响应进行高精度分析及比较。分析结果表明:(1)地铁列车运营引发横向、垂向及纵向三个方向6 Hz以下的低频振动在地表均衰减得极其缓慢,且地表三个方向的振动速度、加速度响应具有相似的频率成分;(2)列车运营引起隧道壁的纵向振动响应在1~100 Hz频段内较小,在该频段内的大部分频率点处,其响应甚至小于地表的纵向振动响应;(3)在隧道基底及隧道壁,由列车运营引发的纵向振动响应在1~100 Hz频段以内显著小于由其引发的垂向振动响应,但在地表,由列车运营引发的纵向振动响应具有同横向、垂向响应相当的量值。     

有限元-无限元耦合单桩弹性分析法

本文提出有限元-无限元耦合单桩弹性分析法,阐述了耦合分析的基本原理,并将耦合分析结果与有限元和积分法结果进行了对比分析,表明耦合方法具有计算精度高,计算时间省的特点。本文最后通过一个实例分析,将理论分析结果与试桩的实测结果进行了分析对比,表明耦合方法能对桩的弹性性状作出较好地预见,同时表明,在对桩身沉降和内力进行分析时,考虑桩周土层的非均质性是重要的。     

使用有限元和无限元耦合求解声辐射问题

使用有限元和无限元方法耦合求解了封闭空间的声辐射问题,根据求得的声源表面的信息,利用克希荷夫公式来求解整个外声场.这种方法和边界元方法相比,在达到相同的求解精度情况下,计算效率得到极大的提高,而且使用这种方法求解声辐射问题时计算简单,易于推广.     

地铁振动预测的周期性有限元-边界元耦合模型

针对地铁列车运行引起的隧道结构和自由场中的振动响应问题,提出了一个在频率-波数域内的三维周期性有限元-边界元耦合的数值模型,此模型中隧道结构采用有限元法计算,自由场采用边界元法模拟.此模型采用Floquet变换,利用隧道和自由场在隧道轴线方向上的周期性,把无限长的隧道及自由场的网格划分限制在一个基本元内,这样使动力学数值计算的效率大大提高.利用此模型计算了在隧道底板上施加固定单位谐振荷载情况下隧道一自由场相互作用系统的动力响应,结果表明此模型可应用于地铁列车运行引起的隧道和自由场中的动力响应预测.     

地下隧道结构—土体系的有限元与无限元耦合分析法

本文运用有限元－无限元耦合分析地下隧道结构与地基土的相互作用,阐述了耦合有限元单元模式分析的基本原理。     

空间结构与地基基础相互作用的三维边界元-有限元耦合分析

本文用三维边界元有限元耦合法讨论了空间结构,非厚大基础与地基的相互作用问题,结果表明该方法在计算精度不变时可比普通的有限元法节省大量的计算机内存,从而可用小型机来分析空间相互作用问题。     

地基中振动波传播的有限元分析

本文从实用角度用有限元法研究了地基中的波动问题,建立了地基波动的有限元分析模型;对用有限元法模拟实际地基瞬态波动的求解策略进行了探讨;利用 Ａ Ｎ Ｓ Ｙ Ｓ有限元分析软件对实际地基在瞬态激励下的地面振动进行了分析、计算,并与实测数据进行了对比,吻合较好。     

预报振动噪声的径向基点插值无网格与无限元耦合方法

为克服传统的有限元耦合无限元方法中的单元匹配问题,研究了径向基点插值法和无限元法的耦合规律,提出了一种预报无限域结构振动噪声的径向基点插值无网格与可变阶无限声波包络单元耦合方法,推导了预报声压的计算公式。为提高声场预报精度和满足声波在无限域的自由衰减,结构外部无限声场分为使用无网格表示的近场和可变阶声波包络单元离散的远场。在该耦合方法中,通过在近场与远场之间的交界面上配置虚拟网格来构造具有连续性的声压形函数,确保了声压的连续与一致性。采用数值仿真和试验对该耦合方法进行了验证,结果表明该耦合方法拥有无网格法的高精度和可变阶声波包络单元法满足声波自由衰减的特点,具有良好的精度和收敛性,可用于实际噪声预报。     

乘客-车辆-桥梁耦合振动分析

为了更加准确地对乘车舒适性进行评价,建立了乘客-车辆-桥梁系统耦合振动分析模型,通过拉格朗日方程推导了系统的动力微分方程,Newmark积分进行迭代计算,采用Fortran语言编程进行求解,分别计算了桥梁、车辆及乘客的振动响应,并与通常的车辆-桥梁耦合振动模型计算结果进行对比。结果表明:是否考虑乘客模型对于桥梁的位移影响比较有限,但是对于车辆的振动状态会产生明显影响,且车辆与乘客的运动响应存在明显差异,因此采用车辆的振动响应对乘车舒适性进行评价的方法可能会过高地估计乘客的舒适性。     

液-管耦合空间管路系统振动噪声的有限元分析方法

以包含设备和辅件在内、可具有分支结构的实际管路系统为研究对象,考虑内部流体介质和管路结构的相互作用,建立了液-管耦合振动噪声动力学分析的一体化有限元模型。给出了管路系统有限元模型的理论基础和典型有限元刚度矩阵单元的解析表达式,以及将管路隔振和消声器件阻抗试验数据引入有限元分析的转换方法。通过较为复杂的算例,分别对消声压力筒和管路挠性元件的噪声、振动衰减作用进行了研究。     

自然元与无限元耦合方法在岩土工程粘弹性分析中的应用

自然单元法是一种新的偏微分方程数值解法,由于其位移插值函数采用无网格的方式构造且形函数满足插值性质,从而克服传统有限元方法对单元网格信息的依赖,大大简化数值计算的前处理过程,同时又能像有限元那样准确施加边界条件,在岩土工程中具有广阔的应用前景;介绍了自然元与无限元的基本原理,针对在处理岩土工程无限域或半无限域问题时需要人为确定边界条件而带来计算误差的问题,引入无限元模拟无穷远处边界条件,与自然元相结合形成耦合分析方法;并根据粘弹性理论,采用Laplace插值,编制了基于自然元与无限元耦合方法的二维粘弹性分析程序,通过算例验证了算法的正确性,结果也表明相对于纯自然单元法,耦合方法能够显著提高分析结果的精度,在此基础上拓展了自然单元法在岩土工程中的应用范围.     

冰-车-桥系统耦合振动分析

为了研究桥梁结构在车辆和冰荷载共同作用下的振动反应,提出了冰-车-桥系统耦合动力分析框架。在该框架中,每辆车都被视为一个多自由度的运动系统,桥梁结构采用有限元方法进行建模,利用罚函数定义了车轮与桥面之间的接触关系,实现了各子系统之间的接触与交互作用。基于自激冰力模型得到了依赖于冰与结构相对速度的桥梁结构自激冰力,构建了冰-车-桥系统的耦合动力方程,进而开展了冰-车-桥系统耦合振动分析及行车安全评估。研究结果表明：桥梁竖向振动反应随车速的增加而增大,桥梁横向振动反应则受到了冰荷载的控制;车辆的竖向反应主要依赖于车-桥之间的相互作用力,车辆的横向反应则受冰与桥梁之间相互作用力的主导,车辆与桥梁的交互作用受到了车速和冰速的双重影响;快冰速会增大车辆的横向接触力,降低车辆的最小侧滑抗力,不利于行车安全;冰荷载作用下桥上车辆的前轴车轮比后轴车轮更容易发生侧滑;所提出的冰-车-桥系统耦合动力分析框架可为冰荷载作用下跨海桥梁的行车安全评估提供参考。     

列车-桥梁-汽车耦合振动仿真分析

用多刚体系统模拟列车、汽车车辆,用空间梁单元、杆单元模拟桥梁。采用密贴假定及蠕滑理论处理轮轨接触关系,设汽车轮胎与公路桥面为点接触且不分离建立列车-桥梁-汽车耦合振动分析模型,编制仿真分析软件。以某公路、铁路两用桥为例进行列车-桥梁-汽车耦合振动分析。结果表明,列车与汽车同时上桥且随汽车数量增多,列车机车及车辆的竖向加速度、脱轨系数、轮重减载率最大值明显增大,汽车对列车运行安全性具有不利影响。     

真武山隧道渗流场边界元有限元耦合分析

地下渗流场是隧道工程中的一个重要问题。本文由Ｄａｒｃｙ定律,利用有限元和边界地理论推导了地下三维渗流场的耦合分析模型,并采用本文计算模型对重庆真武山道有排水和排水被阻塞两种极端情况进行了渗流场分析,分析结果为真武山隧道防排水措施的选取提供了重要后理论依据。     

水锤诱发弱约束管道流固耦合振动频谱分析

本文在充分利用现有MOC法优点的基础上,提出一种与其十分相似的频谱分析法。该方法能解析分析水锤诱发作用下输流管道流固耦合振动的频谱特性,并能直接考虑色散和能量耗散对系统运动的影响。使用该方法能在任意激源和各种边界条件下得到管道频谱和色散曲线。文中以英国丹迪大学流体力学实验室的标准试验装置为例,说明了该方法的应用。     

高坝泄流诱发闸门伴生振动的双调谐TMD减振方法研究

高坝泄流诱发的闸门振动是工程水力学领域的经典问题。近期原型观测中发现的闸门伴生振动具有能量集中、频率稳定的特点,为被动式减振措施的应用提供了条件。由于流固耦合机制的复杂性,在有效衰减优势频率振动的同时应保持宽频带内的抑振效果,避免削弱伴生振动的同时产生其它机制的强烈振动。因此,考虑闸门伴生振动机制,采用双调谐TMD减振措施,建立了振动控制方程;基于H_∞鲁棒控制设计目标,推导了闸门-双调谐TMD体系参数优化设计的目标函数和约束条件;并对动力特性与实际相似的简化模型进行了参数优化设计;将优化设计的双调谐TMD安装于实际闸门结构进行动力分析,结果表明该方法可以有效衰减闸门的伴生振动,保障闸门安全和正常运行。     

土,结构相互作用问题的边界元,有限元耦合法

本文简要介绍了土、结构相互作用边界元、有限元耦合法的发展；着重对近年来应用边界元、有限元耦合法解动力相互作用问题的代表性的研究工作做了介绍，对边界元、有限元耦合法的几个问题的进展进行了综合评述，最后提出了作者对几个问题的见解。     

有限元和无界元耦合分析介质与结构的相互作用

本文应用三维等参单元与无界元相结合对处于半无限介质中的结构进行分析，并确立了该问题的数值分析方法。