沉箱与地基相互作用在浪冲击力下的动力分析

提出了6节点映射无限元，4节点双向映射无限元与有限元耦合，分析了一海岸防波堤在浪冲击力的动力特性。结果表明，用这一模型来离散无限域的远场，特别是研究动力问题，具有较好的经济性和可靠性。     

埋地管线数值模拟中土体计算区域的选取问题研究

详细论述了动力无限元基本理论，提出了一种在非一致激励时无限元边界面上地震动的输入方法。在此基础上，考虑管线-土体之间的黏结滑移效应，采用动力无限元边界，建立了埋地管线的三维有限元-无限元耦合的精细化模型，对非一致地震波激励下埋地管线的动力响应进行了数值分析，对管线周围的土体计算范围的取值进行了系统研究，给出了管线周围土体的有效计算宽度W、有效计算长度L和有效计算深度H的取值范围。结果表明：W的取值与管径D紧密相关，H可取30～60 m,L应至少包含一个地震动的卓越周期段的波长，此分析结果可满足大多数工程需求。     

基于高阶双渐近透射边界的大坝-库水动力相互作用直接耦合分析模型

高阶双渐近时域透射边界能够同时模拟行波和快衰波的传播,并且能够在全频范围内迅速逼近准确解,具有优良的收敛性能和计算效率.本文将动水压力波高阶双渐近透射边界直接嵌入到近场有限元方程中,建立了大坝-库水动力相互作用的直接耦合分析模型.该模型的整体控制方程保留了近场有限元方程系数矩阵对称稀疏的优势,可以方便地利用现有的通用有限元求解器求解.基于有限元开源软件框架体系OpenSees（Open System for Earthquake Engineering Simulation）,编程实现了直接耦合分析模型,并将其应用于二维重力坝、三维拱坝与库水动力相互作用分析.数值算例表明,该直接耦合分析模型具有很高的精度和计算效率.     

水坝抗震分析的动力边界元方法

本文讨论了动力学问题中的几种边界元法,着重阐述了用静力Kelvin基本解和用一个简单函数系列表示惯性项以建立动力学问题的边界积分方程的方法;同时,用边界元离散技术求解动水压力,以实现流固耦合。文中给出了用边界元求解系统自振特性和在地震荷载作用下动力反应的数值技术。作为应用实例,文末分析了一个重力坝和水库,地基动力相互作用问题,说明这种方法在结构动力分析中比有限元法有独特的优越性,具有良好的应用前景。     

基于Comsol的饱和多孔介质动力方程的数值模拟及应用

两相饱和多孔介质的动力响应问题在地震工程领域具有重要的研究意义,由于涉及到固相和液相的动力耦合,使得该问题的求解尤为复杂。本文利用Comsol在求解多场耦合问题上的优点,针对Biot饱和多孔介质u-U耦合形式下的波动方程特征,经过一系列微分算子运算和矩阵变换得到导数形式下的波动方程,基于Comsol Multiphysics提供的广义偏微分方程模式对变形后的波动方程进行求解,并把改进后的无限元边界应用到无限域动力问题的模拟中。通过与饱和多孔介质动力响应的解析解进行对比,验证模型求解技术的可行性和正确性,并在此基础上讨论饱和土地基中空沟隔振效果与饱和土体参数孔隙率、泊松比的关系。通过研究分析,可以为饱和土地基中空沟隔振设计提供一些有价值的参考。     

静动力边界转换及其合理性验证方法的研究

繁琐复杂的静动力边界转换处理是进行静动力耦合模拟的关键步骤,为了研究黏弹性边界条件下传统静动力边界转换的合理性及其验证方法的适用性,本文首先根据弹性叠加原理提出了一种验证静动力耦合模拟分析中静动力边界转换合理性的方法（参考解法）;然后基于有限元软件ABAQUS,并结合自行研发的适用于成层介质的黏弹性边界施加和等效节点力计算程序VBEA2.0,对多土层自由场静动力耦合模型和土-地下结构静动力耦合模型进行了地震反应分析,对参考解法的适用性进行了探究;最后使用本文提出的参考解法,对一种典型的未进行合理静动力边界转换的自由场模型进行了分析,探讨了静动力边界转换产生振荡的原因和机理。研究结果表明：用于验证静动力边界转换合理性的参考解法,既适用于多土层自由场静动力耦合计算模型,又适用于土-结构相互作用的静动力耦合模型;静动力边界转换后产?生的振荡是静动力耦合计算模型静力不平衡所导致,一般是因为未合理施加边界反力或单元应力。     

考虑流-固耦合影响的挡水结构自振特性

对流体-固体之间的动力相互作用的问题，采用流体有限元法研究结构自振特性的影响。建立了流固耦合运动方程体系，并对耦合方程组的求解过程进行了推导与阐述。编制了流体有限元自动生成程序，使得流固耦合问题从建立模型到分析能够利用计算机自动实现。最后以挡水结构作为算例，分别就不同水位工况和水体采用不同长度模型对结构振动的影响进行了分析。     

基于二次场的可控源电磁法三维有限元-无限元数值模拟

本文提出了一种新的混合有限元-无限元三维可控源电磁法(CSEM)问题快速高精度正演模拟算法.首先从电场双旋度方程出发,推导了水平电偶极子源的二次场边值问题,采用无限元代替截断边界条件和有限元离散内部计算区域的新策略,达到减小计算区域的目的,基于并行直接求解技术,实现多源CSEM问题的快速精确求解.其次,通过层状解析模型测试,一方面验证了新算法的正确性,另一方面通过与其他三种已知CSEM问题求解策略进行对比,表明了本文提出的基于二次场有限元-无限元算法具有离散区域小、求解速度快和计算精度高等优点.最后,通过3D模型计算,清晰直观地模拟了场源阴影效应,为野外数据的处理与解释提供指导.     

ABAQUS岩土动力分析的静-动力统一人工边界研究

岩土动力学分析结果可靠性受人工边界条件及动力作用输入方式影响.在剖析ABAQUS无限元静、动力理论基础上,结合二维简单水平地基模型,研究了无限元边界生成初始地应力的计算精度及其改进方法,提出了综合考虑内、外源振动问题的改进静-动力统一人工边界.研究表明:因ABAQUS中无限元缺乏对边界节点力等效约束刚度的校核,其直接应...     

复杂非均质场地条件下核电厂联合泵房抗震安全性评价分析

鉴于核电厂选址的愈发复杂多样性,合理有效地模拟复杂非均质地基条件下抗震I类物项结构的静动力耦合响应是进行抗震安全性评价的关键技术问题。以某核电厂联合泵房的实际厂址地基为背景,针对静动力分析中的边界处理问题,基于Newmark隐式积分特点和黏弹性人工边界理论,提出了一种适于静动力耦合分析求解的人工边界模型,并通过创建无厚度紧支黏弹性人工边界单元实现了所开发模型在ANSYS平台的嵌入。进而,通过联合泵房结构静力分析与极大初始时间步分析的对比,验证所提出模型的合理可靠性。最后,从结构应力、响应及地基稳定性等方面对联合泵房进行了综合评价,并就地基局部非均质的影响进行探讨。研究结果表明：实际厂址中局部捕虏体的存在对联合泵房结构的地震响应及地基安全性影响较小,且所建立模型具有较好地解决非线性动力相互作用问题的潜力。     

地下隧道-土体系地震反应分析的有限元与无限元耦合法

本文采用有限元－无限元耦合法进行地下隧道－土相作用分析,阐述了有无限与无限元耦合模式的基本原理,耦合分析方法具有精度高,省机时的特点。     

粘弹性场地地形对地震动影响分析的显式有限元-有限差分方法

推导出了分析二维粘及弹性场地地形对地震动影响的显式有限元-有限差分方法．这一方法中，首先利用人工边界及有限元离散方法，给出问题分析的有限元离散网格计算力学模型，并利用一种类似于差分方法的有限元方法，建立局部网格节点的动力方程，而后利用笔者提出的有阻尼体系动力方程求解的显式差分格式，及推广的多次透射边界公式，给出网格节点运动量计算的时域显式逐步积分公式．利用计算机程序实现这一方法的计算具有所需计算机内存量小及计算时间量小的优势，而且，这一方法适用于任意地形情况，具有较高的计算精度及较好的计算稳定性．      

列车荷载下巴准重载铁路高路堤路基累积变形研究

针对巴准重载铁路高路堤典型断面,采用三维非线性有限元与经验公式相结合的方法,建立了可考虑列车-轨道动力相互作用的重载列车振动荷载引起的高路堤路基累积变形计算方法。首先,基于列车-轨道垂向耦合动力系统理论,建立重载列车-轨道动力耦合体系数值模型,并实施重载列车-轨道耦合系统动力分析;其次,建立轨枕-道床-路基-场地动力系统的三维有限元模型,并输入求解的列车振动荷载作为外部激励;最后,采用Li和Selig推荐的改进土体累积变形预测模型并结合有限元分析结果,分析了未加固和应用土工格栅加固的高路堤路基累积变形的基本特征与规律。发现土工格栅可显著减小路基的动力累积变形作用。     

基于黏弹性边界的二维沉积盆地非线性地震响应分析

建立弹性基岩上覆软土场地中二维沉积盆地非线性地震响应分析的有限元模型。模型截断边界定义为黏弹性人工边界,地震波动以等效结点荷载的形式输入,土体的非线性特征以等效线性法模拟,求解在频域内进行。首先,借助高精度的有限元-间接边界元耦合法,验证模型的可靠性。其次,基于某一沉积盆地开展地震动数值计算,针对其线性与非线性响应的差异性进行分析。最后,通过比较非线性条件下自由场与存在盆地地形场地的响应结果,讨论盆地局部地形对地震动的影响。研究表明,土体的非线性特征对盆地地震响应有显著影响,在盆地中心附近有可能出现非线性地震响应大于线性响应的特殊现象;与自由场相比,盆地内的非线性地震响应普遍明显放大。     

细长杆与圆孔孔壁接触碰撞问题的动力间隙元法

本文通过在任意曲率的细长杆节点和圆孔孔壁之间构造一种虚拟单元－－动力间隙元，将任意曲率的细长杆与圆孔孔壁连接起来，使其间的接触碰撞问题转化为平衡方程问题。文中针对石油工程中钻柱这类典型的细长杆与圆形井壁的接触碰撞问题进行了求解。结果表明，动力间隙元能较好地解决细长杆（如钻柱）与圆孔孔壁（如井壁）的接触碰撞问题。     

基于极大初始时间步法的非线性静动力联合分析

静动力联合分析是考虑非线性条件下结构响应分析的关键技术问题之一。本文通过分析非线性有限元静、动力平衡方程的内在联系,并结合Newmark积分算法的隐式求解特点,提出了一种基于极大初始时间步法的非线性静动力耦合算法,可保证结构在静动荷载的耦合激励下获得合理的非线性地震响应。通过对Koyna重力坝的地震响应数值分析算例,验证了该算法的合理性与有效性。另外,该算法在各类隐式求解的通用有限元程序中均易于实现,可操作性强,便于工程应用。     

考虑流固耦合作用的深水桥墩地震响应分析

地震作用下,深水桥墩与周围水体的耦合振动是一个非常复杂的动力相互作用问题。本文基于非线性Morison方程,采用Airy波浪理论,建立了深水桥墩考虑流固耦合作用的有限元模型,应用Newmark—β法提出了求解该耦合非线性方程的算法,并用ANSYS软件和Matlab软件自编了求解程序。以某跨海大桥深水桥墩为算例,对其进行在地震作用下的非线性动力分析,并与已有计算方法进行对比。结果表明：按本文方法计算的墩顶最大位移、墩底最大剪力及墩底最大弯矩均较大,差异最大达到12．5％。因此在极端海况条件下,对深水桥墩进行地震作用下的动力分析时,建议采用本文考虑流固耦合的方法。     

三维直流电阻率有限元-无限元耦合数值模拟

为解决传统有限元截断边界所引起的问题,本文提出了一种新的三维直流电阻率有限元-无限元耦合数值模拟方法.首先推导了无限元三维单元映射函数,然后提出了一种全新的最优的无限元形函数并与多种其他形函数进行了对比,随后将其与非结构化四面体有限元相结合,取代了传统的混合边界条件,使得电位在无限域内连续并在无限远处衰减为零,最终形成的左端矩阵稀疏对称并与场源位置无关.数值计算表明,该方法可以在近似测区大小的计算范围内得到与混合边界条件相当的计算精度,优于相同计算范围下齐次边界条件的解,有利于减少计算节点数;由于左端矩阵不随场源位置改变,有利于加速反演计算.     

ABAQUS模拟土-结构相互作用时人工边界的选取

利用有限元数值模拟方法研究半无限空间中的动力响应问题时,人工边界的选取对于计算结果的可靠性与准确性有直接的影响。本文利用ABAQUS有限元软件计算土-结构地震响应,分析了选用不同人工边界对计算结果的影响。通过与远置边界自由场和土-结构模型的数值结果对比,讨论了底边界分别采用固定边界和黏性边界;侧边界分别采用固定边界、绑定边界、竖向约束边界和黏性边界时的计算误差。研究表明,利用ABAQUS软件计算土-结构动力相互作用影响时,黏性边界适合作为非刚性地基问题的底边界,固定边界适合作为刚性地基问题底边界。对于侧向边界当采用相对计算宽度较小模型时,固定边界和黏性边界无法再现自由场和土-结构响应;绑定边界和竖向约束边界可以模拟精确的自由场响应,并在动力土-结构作用分析中具有良好的性能。     

深厚软土场地中透镜体对上部结构地震响应的影响

工程场地中透镜体对地震动具有重要影响,但目前对该问题的研究比较少,尤其是深厚软土场地中的透镜体问题还鲜有研究。本文采用有限元-间接边界元耦合法,建立非线性土-结构动力相互作用模型,并对方法计算精度进行了验证。论文首先比较了弹性基岩模型和刚性基岩模型的差别,建议采用更接近实际的弹性基岩模型研究深厚软土场地中的透镜体问题。然后在考虑场地土体和透镜体介质非线性的基础上,系统地研究了深厚软土场地中透镜体宽度、厚度和埋深对上部结构地震响应的层间位移角、加速度及基底剪力的影响。研究表明,透镜体的存在可能会明显改变上部结构的动力响应,上部结构的动力响应可能会明显放大。透镜体宽度、厚度和埋深对结构动力响应均有很大影响。