基于Ritz-POD的谐波激励法及其在大跨悬挑屋盖风致响应分析中的应用

大跨度复杂悬挑屋盖结构存在模态频率密集和模态耦合明显等特征,传统频域完全二次型组合(CQC)法和时域方法均不同程度存在计算效率低下和内存需求巨大的问题而不适用于此类结构的风致响应计算.谐波激励法(HEM)和基于Ritz-POD的CQC(RPCQC)方法的提出实现了精度和CQC法一致的快速计算,这使得复杂大跨度屋盖结构风...     

三维局部场地对地震波的散射IBIEM-FEM耦合模拟

针对任意三维复杂局部场地对地震波的散射问题,发展了一种有限元–间接边界积分方程耦合方法(FEM-IBIEM)。其中IBIEM利用层状半空间集中荷载动力格林函数,可精确实现半无限层状介质中波的辐射条件,同时可大幅度降低计算内存;FEM可方便处理近地表复杂场地的几何、材料特征。在精度检验基础上,以三维沉积盆地和山体对地震波的散射为例,展示了方法对复杂局部场地反应问题的适应性,同时针对三维盆地效应和山体震动得出了一些有益结论。计算方法可应用于层状无限域中任意不均质体对弹性波的散射求解。     

基于预条件共轭梯度法的直流电阻率三维有限元正演研究

对直流电阻率法勘探而言,对其反演结果的精度和速度的要求越来越高,这就需要提出一套优化有限元数值正演速度和精度的计算方案。设计了系数矩阵的一维非零元素压缩存储模式,设置了索引数组以便按照行号和列号对元素进行索引,与变带宽存储模式相比,其内存占用量明显减小。为提高正演计算速度,利用预条件共轭梯度法（PCG）求解有限元中的大型稀疏线性方程组。在PCG法中,将雅可比迭代中的对角阵作为预处理矩阵,与其它预处理矩阵相比,其具有求逆方便、无需存储空间的特点,使得大型线性方程组的求解速度大大提高。另外,在直流电阻率三维正演中,采用了异常电位法,提高了电源点附近的解的精度。以二层地层的电阻率勘探为例,初步验证了计算方案的实用性。利用上述方案,重点对隧道含水断层的电阻率法超前探测进行了有限元数值正演,并进行了相应的物理模型试验。对比显示,数值正演结果与试验数据基本一致,且数值正演的速度和精度均显著提高。     

消能减震结构设计计算精度的比较研究

采用 5 7条天然地震波 ,分别采用复模态设计方法、强解耦振型分解法、《建筑抗震设计规范》(GB 5 0 0 11- 2 0 0 1)基于变形能的等效阻尼法对消能减震设计方法的精度进行研究 ,得到了不同设计方法计算精度的初步规律 ,对消能减震结构设计具有参考价值     

平面SV波入射下弹性半空间中三维球形洞室的动力响应

采用一种间接边界积分方程法求解了平面SV波入射下弹性半空间中三维洞室的动力响应问题。通过与已有结果的比较,验证了方法的计算精度。在此基础上,以半空间中圆球形洞室为例,对地表位移响应和洞周动应力集中特征进行了详尽的参数分析,并与二维模型进行了比较。研究表明:二维和三维模型对平面波的动力响应在平面内存在一定的相似性,但在波型转换上存在显著差别,尤其体现在响应峰值及空间分布特征上,并且随着频率的升高,空间分布差异愈加明显;在出平面方向,三维洞室周围存在着显著的波散射效应,而二维模型难以描述这种出平面波型转换现象。     

电排站地基及其堤坝渗流三维有限单元法计算

本文介绍某大型电排站地基与土坝组合体的三维渗流数值计算及有关方法,该项工作的目的在于应用有限单元法解决较复杂的工程问题。文中阐述了如何处理有压流和无压流同时存在的三维非均质渗流场,介绍了求自由面与伸入式排水体交线位置的插值方法,三维自由面和渗出面的自动鉴别和调整方法以及应用“分块平移法”解线性代数方程组,充分利用磁盘（带）,使中、小型计算机能解数千、上万结点的大规模问题。     

基于节点力平衡的膜、索膜混合结构形态分析方法的一种新形式

本文针对膜、索膜结构的形态分析问题,以节点力平衡原理为基础,结合子结构的数值计算方法,提出了解决该类问题的一种新方法。进行了相应的公式推导,并编制了实现该方法的分析程序。通过经典算例(标准悬链面),对该方法数值收敛性进行了测试,表明该方法具有收敛速度快、占用计算机内存小的特点;结合工程实例,采用自应力判别法,运用有限元分析软件(ANSYS)对该方法的分析结果精度进行了检验,证明该方法具有较高的分析精度,完全能够满足工程应用的要求。     

三维非连续变形分析方法的研究

 博士学位论文摘要　块体系统非连续变形分析(DDA ) 是在近年来才发展起来的一种新的数值计算方法。它在满足弹性理论基本方程条件下能够反映出岩体变形的不连续性, 既具有有限元理论基础的严密性, 又具有离散元法可计算块体大位移的特点, 具有广泛的应用前景。目前三维非连续变形分析方法的研究尚在初步阶段, 本文从最小势能原理出发建立了三维DDA 正分析模型, 重点讨论了三维块体系统中几种主要接触形式, 编制了相应的DDA 程序。主要内容包括:(1) 在一定的线性位移模式下, 按最小势能原理形成三维块体系统非连续变形分析总体平衡方程, 详细推导了弹性子矩阵、惯性子矩阵、荷载子矩阵和接触子矩阵, 建立了块体系统正分析模型。(2) 块体间高效而正确的接触判断, 是实现三维DDA 法计算的关键。本文采用分格检索技术搜索相邻块体, 利用公共面判断块体接触类型, 较之直接检查法节约了机时, 提高了计算效率。(3) 重点讨论了三维块体的角2面、边2面和面2面接触模型, 并用矢量方法和罚函数法进行了详细的理论推导, 给出了接触子矩阵的表达式。(4) 证明了三维DDA 正分析方程的可解性, 给出了适合三维DDA 总刚矩阵的特点非零存贮图解法、分块高斯2塞德尔迭代法和预处理共轭斜量法, 并编制了相应算法程序。(5) 对一般二维块体和三维块体的单纯形积分法作了改进, 使得三维块体面荷载的处理更加方便。(6) 提出了三维非连续变形分析方法中锚杆的简化模型, 探讨了锚杆的加固机理。(7) 编制了三维DDA 正分析程序, 并利用多个算例对程序进行了考察, 从计算后的块体形态和理论值与计算值结果的对比来看, 模拟结果和实际情况比较吻合。     

用边界元法计算地下水流时“节点多值法”在处理奇点中的应用

用边界元法计算地下水流时,最令人头痛的问题就是边界值的法向导数在某些边界节点上不连续。日本的渡道忠和吉武美孝(1980年)建议采用“多重节点”方法来处理。但该法要有一个试算过程,而且大量增加节点的数目。本文提出了一种新方法,我们称之为“节点多值法”。这一方法的特点就是在边界上的同一奇点,水头取一个值而水头的法向导数取几个不同的值进行计算。该方法不需要增加节点,节省内存,不要试算过程,而且精度较高。     

结构面三维网络模拟计算RQD及精度对比研究

 以汶川映秀镇百花大桥边坡岩体为实例,运用结构面三维网络模拟法计算RQD值,具体步骤为：在概率统计结构面各项参数获取结构面模拟参数的基础上,利用Monte-Carlo法生成岩体节理三维网络,在边坡震时主滑平面、主滑横剖面、水平面上各方向布置测线模拟钻孔,获取54个钻孔岩石质量指标RQD值,以其期望值作为最终RQD。以结构面测量统计得到的等效钻探RQD为真值,对比体积RQD法和网络模拟法的相对误差(体积RQD法为24.6%;结构面三维网络模拟法仅为3.3%),证实结构面三维网络模拟法相对误差要小得多,精度显著提高。结构面三维网络模拟法是计算RQD的好方法,具有广泛的应用前景。