二维地基中储液多孔波阻板的隔振性能研究

发布时间：2017-09-19 05:19

  本文关键词：二维地基中储液多孔波阻板的隔振性能研究

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【摘要】：目前各种人工振动对环境的影响日益显著,环境振动及其治理在土动力学和环境岩土工程领域亟需解决。而人工振动主要是由地基将振动从人工振源向周边环境传播的,地基引起的周边环境振动是人工振动污染的主要途径。波阻板(Wave Impedance Block,简写为WIB)作为屏障隔振措施,自提出之后就引起了大量学者对其进行研究并取得了显著的成果。含液饱和多孔介质是一种两相材料,它的内部具有细观孔隙结构且孔隙中充满液体,流-固两相的相互耦合作用可使饱和多孔介质结构在振动的过程中引起能量耗散,这种类似阻尼的效应可以用来进行减振隔振。而目前常用的波阻板主要有实体块和蜂窝状的两种,对含液饱和多孔介质材料作为波阻板隔振的情况少有研究。因此,研究含液饱和介质波阻板的隔振效果不仅具有重要的理论意义,同时也会为实际工程提供一定的应用价值。本文研究内容主要包括:1.非分裂完全匹配层吸收边界条件的时域有限元模拟地基是一个半无限空间结构,进行实际的模拟计算过程中,必须截取有限的区域,此时须引入一定的人工边界条件,为了最大化地提高计算结果的精确性,减少人工边界反射波,本文选择了目前吸波效果最好的完全匹配层(Perfectly Matched Layer,简写为PML)吸收边界条件。首先,基于二维均质各向同性弹性介质的二阶弹性波动方程,通过Laplace变换和复伸展坐标变换,并引入辅助变量,建立了一类非分裂格式的PML吸收边界。其次,应用Galerkin近似技巧,给出了位移形式的时域有限元模型。最后,通过数值算例验证了非分裂PML在弹性波动问题中的有效吸波性。2.单相波阻板隔振参数分析基于二维弹性波动理论,利用PML截取有限的计算区域,结合时域有限元方法计算了在二维弹性地基中设置单相波阻板的隔振性能,并对波阻板的隔振效果进行了详细的参数分析,研究了波阻板的板厚、弹性模量以及埋深等材料参数对地基不同位置的隔振影响。结果表明:当在采用波阻板隔振时,适当增加波阻板的厚度、弹性模量以及减小波阻板的埋深可提高隔振效果。3.储液多孔波阻板隔振参数分析基于Biot多孔介质波动理论,结合PML边界条件,用时域有限元方法计算了二维弹性地基中储液多孔饱和介质波阻板的的隔振性能,考虑了储液多孔波阻板的板厚、弹性模量、埋深和孔隙率等参数对隔振效果的影响。研究结果表明:储液多孔介质波阻板的隔振效果比单相介质波阻板的隔振效果好,为了使储液多孔波阻板有更好的隔振效果,可适当增加波阻板的厚度、弹性模量以及调整波阻板的埋深,同时也要注意选择孔隙率尽可能大的波阻板材料。
【关键词】：非分裂完全匹配层 时域有限元 储液多孔饱和介质波阻板 单相介质波阻板
【学位授予单位】：兰州理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TU435
【目录】：

• 摘要7-9
• Abstract9-11
• 第1章 绪论11-19
• 1.1 课题的研究背景和意义11-12
• 1.2 国内外研究现状12-17
• 1.2.1 屏障隔振的研究现状12-13
• 1.2.2 波阻板隔振的研究现状13-14
• 1.2.3 计算方法的研究14-17
• 1.3 本文研究目标、研究内容17-19
• 1.3.1 研究目标17-18
• 1.3.2 研究内容18-19
• 第2章 波在弹性介质中的传播理论19-35
• 2.1 单相介质中波的传播19-27
• 2.1.1 弹性波动方程的建立19-24
• 2.1.2 弹性波的传播和衰减特性24-25
• 2.1.3 弹性波的反射、透射25-27
• 2.2 饱和介质中波的传播27-32
• 2.2.1 Biot波动方程的建立27-30
• 2.2.2 饱和介质中波的传播和衰减特性30
• 2.2.3 饱和介质弹性波的反射、透射30-32
• 2.3 波阻板隔振原理32-33
• 2.3.1 单相介质波阻板的隔振原理32-33
• 2.3.2 储液多孔饱和介质波阻板的隔振原理33
• 2.4 小结33-35
• 第3章 非分裂完全匹配层吸收边界条件35-45
• 3.1 二维非分裂完全匹配层方程的建立35-38
• 3.2 二维非分裂完全匹配层方程的有限元实现38-39
• 3.3 二维非分裂完全匹配层的数值模拟39-44
• 3.3.1 爆炸源40-42
• 3.3.2 表面垂直集中动荷载42-44
• 3.4 小结44-45
• 第4章 单相波阻板隔振参数分析45-54
• 4.1 波阻板隔振模型的建立45-48
• 4.1.1 模型尺寸及单元网格的划分46-47
• 4.1.2 材料参数的选择47-48
• 4.2 波阻板厚度的隔振研究48-49
• 4.3 波阻板弹性模量的隔振研究49-51
• 4.4 波阻板埋深的隔振研究51-53
• 4.5 小结53-54
• 第5章 储液多孔波阻板隔振参数分析54-64
• 5.1 储液多孔波阻板隔振模型的建立54-56
• 5.1.1 模型尺寸及单元网格的划分55
• 5.1.2 材料参数的选择55-56
• 5.2 储液多孔波阻板厚度的隔振研究56-58
• 5.3 储液多孔波阻板弹性模量的隔振研究58-59
• 5.4 储液多孔波阻板埋深的隔振研究59-61
• 5.5 储液多孔波阻板孔隙率的隔振研究61-63
• 5.6 小结63-64
• 第6章 结论及展望64-66
• 6.1 本文主要结论64
• 6.2 展望64-66
• 参考文献66-72
• 致谢72-73
• 附录A （攻读学位期间所发表的学术论文目录）73

【参考文献】

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本文编号：879716