基于黏弹性边界的P波斜入射波场分解方法精度比较

发布时间：2021-04-09 21:20

　　黏弹性人工边界以其概念清晰,稳定性高,精度良好的优点,在地下结构抗震的研究中已经得到了较为广泛的应用。在使用黏弹性边界进行地震动的输入时,需要把地震波转化为模型网格节点上的等效节点力,这个过程就要涉及到波场分解的问题。波场分解的方式可以不同,但不同的波场分解方式会得出精度不同的计算结果,而学界目前尚未就此达成一致。本文在前人研究的基础上,总结了3种地震波斜入射的波场分解方法,编制了相应的Python脚本来实现黏弹性边界和等效节点力的批量施加,并且以不同角度的地震波斜入射为例在同一有限元模型中计算以进行比较研究。结果表明计算精度与波场分解的方式密切相关:在模型边界上考虑的自由场波动叠加越完整,计算结果越精确。 

【文章来源】：地震工程与工程振动. 2020,40(02)北大核心CSCD

【文章页数】：10 页

【部分图文】：

P波斜入射下三种波场分解方法示意图

相比ANSYS而言,黏弹性人工边界的实现在ABAQUS中更为便捷[20]。利用ABAQUS的弹簧阻尼单元即可模拟黏弹性人工边界的弹簧单元及黏滞阻尼器单元[21]。对于二维模型而言,其边界上每一个节点有两个自由度的弹簧阻尼系统。弹簧阻尼系统与网格节点的关系如图所示。本文利用Python语言编制了脚本,对模型中的边界节点批量施加了黏弹性边界以及对应的等效节点力,实现了ABAQUS中地震波的输入。图2为二维网格节点控制面积与节点弹簧阻尼系统示意图。在ABAQUS中,黏弹性边界的弹簧阻尼单元可以分别用接触中一端固定的弹簧单元及黏滞阻尼器单元进行模拟。但由于实际的计算模型经过网格划分之后往往会有成百上千个节点,并且每一个节点上的质点位移及速度时程都不相同,不同节点的等效节点力都会不同,故若手动进行黏弹性边界施加和等效节点力的计算将会是个十分繁琐且容易出错的过程。本文利用ABAQUS对于Python语言的良好开源性进行二次开发,编制了相应的Python脚本,实现了等效节点力在ABAQUS中的批量自动施加。

采用1.4节中编制的Python脚本进行黏弹性边界与等效节点力的施加,加载等效节点力之后的土体模型如图3所示,其中A、B、C、D、E、F为位移监测点,A、C、E、F分别为模型的4个角点,B为自由表面中心,D点为土体模型的几何中心。选用ABAQUS隐式动态分析,网格大小取为5 m,时间增量步为0.002 s,计算时长3 s。

【参考文献】：
期刊论文
[1]地震波斜入射下复杂地质中隧道动力响应分析[J]. 郜新军.  现代隧道技术. 2018(01)
[2]地震波斜入射下山岭隧道横向动力响应数值分析[J]. 汪精河,周晓军,刘建国,王晓波.  现代隧道技术. 2017(03)
[3]地震波斜入射下浅埋偏压隧道动力响应数值分析[J]. 汪精河,周晓军,刘建国,王晓波.  兰州大学学报(自然科学版). 2016(04)
[4]黏弹性人工边界等效荷载计算的改进方法[J]. 章小龙,李小军,陈国兴,周正华.  力学学报. 2016(05)
[5]斜入射SV波对地铁车站地震响应的影响[J]. 黄景琦,杜修力,田志敏,金浏,赵密.  工程力学. 2014(09)
[6]地震波斜入射对高拱坝地震反应的影响[J]. 徐海滨,杜修力,赵密,王进廷.  水力发电学报. 2011(06)
[7]基于FLAC3D的斜入射地震波作用的数值模拟方法研究[J]. 张如林,楼梦麟.  土木工程学报. 2010(S1)
[8]地下结构抗震分析中地震动输入方法研究[J]. 赵武胜,陈卫忠,黄胜,杨阜东.  土木工程学报. 2010(S1)
[9]地下结构抗震理论分析与试验研究的发展展望[J]. 刘晶波,刘祥庆,杜修力.  地震工程与工程振动. 2007(06)
[10]斜入射条件下地下结构时域地震反应分析初探[J]. 杜修力,陈维,李亮,李立云.  震灾防御技术. 2007(03)

博士论文
[1]岩体隧道非线性地震响应分析[D]. 黄景琦.北京工业大学 2015



本文编号：3128333