自适应单元在地基-结构动力相互作用中的应用研究
发布时间：2021-10-12 13:47
本文通过时域边界元与有限元耦合法进行结构-无限地基动力分析。在求解过程中采用结合了自适应单元的时域边界元法对无限地基进行模拟,并利用有限元法对上部结构、基础及近域地基进行建模,通过两子域公共界面处的力与位移协调关系对地基-结构之间的动力相互作用问题进行耦合研究。本文主要进行了以下几方面的研究:（1）以时域边界元法理论为基础,并根据应力波在弹性介质中的传播特点,将远域半无限边界转化为了能够模拟远域辐射阻尼效应的自适应半无限边界单元,并将该单元与常规时域边界元法结合用于求解弹性半平面动力学问题。由于自适应半无限边界单元实质上是一个能够随时-空间参数自动调节尺寸的有限单元,可参考常规边界单元的处理方法对该单元进行影响系数求解及奇异性处理,最后采用了动力荷载作用下的弹性半平面算例进行验证。结果表明:自适应半无限边界单元能够模拟无限地基的辐射阻尼效应,使用了该单元的时域边界元法能够快捷准确的求解弹性半平面动力问题。（2）对时域边界元与有限元耦合算法进行研究。在采用耦合法分析时,将整个求解域划分为有限域子域与时域边界元子域,并采用Newmark精细积分法进行有限元动力分析,利用两子域公共边界上力和...
【文章来源】：河北农业大学河北省
【文章页数】：82 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图２－６半无限时域边界元法数值实施过程??Ｆｉｇ．２－６?Ｎｕｍｅｒｉｃａｌ?ｉｍｐｌｅｍｅｎｔａｔｉｏｎ?ｏｆ?ａｄａｐｔｉｖｅ?ｓｅｍｉ－ｉｎｆｉｎｉｔｅ?ｅｌｅｍｅｎｔｓ??２．７算例验证??
?自适应单元在地基－结构动力相互作用中的应用研究???表２－１材料参数??Ｔａｂｌｅ?２－１?ｍａｔｅｒｉａｌ?ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ??参数?ｐ／（ｋｇ／ｍ３）?Ｅ／Ｐａ?ｖ??值?３ｘｌ〇３?４ｘｌ〇１０?０．２５??Ｘ??＇＇ｚ??图２－７弹性半平面半圆凹陷处荷载作用模型??Ｆｉｇ．２－７?Ｍｏｄｅｌ?ｏｆ?ｔｈｅ?ｌｏａｄ?ａｃｔｉｎｇ?ｏｎ?ｔｈｅ?ｓｅｍｉ－ｃｉｒｃｕｌａｒ?ｄｅｐｒｅｓｓｉｏｎ?ｏｆ?ｔｈｅ?ｅｌａｓｔｉｃ?ｈａｌｆ?ｐｌａｎｅ??１００??８０?＼??（２?６０?？?＼??Ｉ?＼??４０?？?＼??２０?－?＼??《）?ｉ?ｉ?＿?ｉ?？?ｉ??０?１２?３?４?５?６??／／ｍｓ??图２－８双指数径向爆炸荷载??Ｆｉｇ．２－８?Ｒａｄｉａｌ?ｃｏｍｐｒｅｓｓｉｏｎ?ｗａｖｅ?ｅｘｐｒｅｓｓｅｄ?ｂｙ?ｔｈｅ?ｄｏｕｂｌｅ?ｅｘｐｏｎｅｎｔｉａｌ?ｆｕｎｃｔｉｏｎ??２．７．２数值实施??取半圆域圆心为坐标原点，将内半圆划分为２０个小单元，采用三角函数进行坐??标赋值，取原点左侧为负半轴，右侧为正半轴。??由于爆炸荷载作用在内半圆上，因此其边界上的面力都是己知的，其他边界上的??初始面力都为０。理论上对于半无限动力问题在其无限远处的位移为０，但为了在数??值计算时对该模型施加约束，选取了与原点相距３?＝?３％处的节点作为位移零点（其??中；为计算时间；ｃｄ为压缩波波速），即应力波在３倍计算时间ｆ内所传播的距离。??其值随着计算时间的变化而自适应变化，该节点能够满足实际位移边界条件的要求。??２．７．３对比验证方案??本节分别采用ＦＥＭ、常规
Ｄ－ＢＥＭ?／?＼?？？？■＿?常规ＴＤ－ＢＥＭ??｛?１?？半无限时域边界元法?〇〇??／?＼?…▲？半无限时域边羿元法??。４?－?＼?＼Ａ??０．２?－?Ｉ?＼?－０．２?－?＼??Ｉ。°?＼?／???Ｊ－０．４?－?Ｉ??Ｉ?Ｙ?：?ｒ??－１．０??１?１?１?１?１?－）．０?Ｉ?１?？?＞?１?？??０?．０?２〇ｃ．?，／ｒ〇?３０?４０?５０?０?．０?２〇Ｃｄ／／ｒ〇?３０?４０?５０??（ａ）水平向位移?（ｂ）竖向位移??图２－９?ｒ?＝１０ｍ处计算结果??Ｆｉｇ．２－９?ｒｅｓｕｌｔｓ?ａｔ?ｒ?＝４ｍ??３０??
【参考文献】：
期刊论文
[1]土-结构动力相互作用远场问题数值分析方法综述[J]. 宋崇民,渠艳龄,刘磊,陈灯红. 水力发电学报. 2019(09)
[2]基于三维黏弹性边界的混凝土重力坝抗震性能分析[J]. 李金友,成卫忠,李同春. 水利水电技术. 2018(10)
[3]爆炸荷载作用下饱和半空间中衬砌隧道弹性动力响应IBIEM模拟[J]. 刘中宪,琚鑫,梁建文. 固体力学学报. 2018(05)
[4]半无限弹性空间中移动荷载动力响应的频域-波数域比例边界有限元法分析[J]. 雷晓燕,徐斌,徐满清. 振动工程学报. 2017(05)
[5]SH波斜入射时三维结构-土-结构相互作用分析[J]. 陈少林,常梦利. 地震工程与工程振动. 2017(01)
[6]移动荷载作用下半无限弹性空间中地铁隧道动力响应的频域—波数域比例边界有限元法分析[J]. 雷晓燕,徐斌,徐满清. 中国铁道科学. 2017(01)
[7]爆破荷载应力波在无限弹性介质中传播的特征线法解[J]. 雷卫东,李宏军,柳纯. 岩土力学. 2016(10)
[8]土-结构相互作用下网架结构动力性能研究[J]. 刘毅,薛素铎,李雄彦. 振动与冲击. 2014(10)
[9]结构-地基动力相互作用的时域模型[J]. 陈灯红,杜成斌. 岩土力学. 2014(04)
[10]弹性半空间中衬砌隧道对瑞利波的散射[J]. 刘中宪,梁建文,张贺. 岩石力学与工程学报. 2011(08)
博士论文
[1]近场波动有限元模拟的应力型时域人工边界条件及其应用[D]. 赵密.北京工业大学 2009
[2]结构动力模型相似问题及结构动力试验技术研究[D]. 朱彤.大连理工大学 2004
硕士论文
[1]时域边界元与有限元耦合迭代算法研究[D]. 刘志坚.哈尔滨工业大学 2017
[2]有限元边界元分域耦合算法研究[D]. 柳纯.哈尔滨工业大学 2016
[3]TMD框架动力时程分析的精细积分法[D]. 李沙沙.河北工程大学 2015
[4]高层建筑结构共同作用分析的有限元/无限元耦合分析模型研究[D]. 卢博.四川大学 2006
本文编号：3432699
【文章来源】：河北农业大学河北省
【文章页数】：82 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图２－６半无限时域边界元法数值实施过程??Ｆｉｇ．２－６?Ｎｕｍｅｒｉｃａｌ?ｉｍｐｌｅｍｅｎｔａｔｉｏｎ?ｏｆ?ａｄａｐｔｉｖｅ?ｓｅｍｉ－ｉｎｆｉｎｉｔｅ?ｅｌｅｍｅｎｔｓ??２．７算例验证??
?自适应单元在地基－结构动力相互作用中的应用研究???表２－１材料参数??Ｔａｂｌｅ?２－１?ｍａｔｅｒｉａｌ?ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ??参数?ｐ／（ｋｇ／ｍ３）?Ｅ／Ｐａ?ｖ??值?３ｘｌ〇３?４ｘｌ〇１０?０．２５??Ｘ??＇＇ｚ??图２－７弹性半平面半圆凹陷处荷载作用模型??Ｆｉｇ．２－７?Ｍｏｄｅｌ?ｏｆ?ｔｈｅ?ｌｏａｄ?ａｃｔｉｎｇ?ｏｎ?ｔｈｅ?ｓｅｍｉ－ｃｉｒｃｕｌａｒ?ｄｅｐｒｅｓｓｉｏｎ?ｏｆ?ｔｈｅ?ｅｌａｓｔｉｃ?ｈａｌｆ?ｐｌａｎｅ??１００??８０?＼??（２?６０?？?＼??Ｉ?＼??４０?？?＼??２０?－?＼??《）?ｉ?ｉ?＿?ｉ?？?ｉ??０?１２?３?４?５?６??／／ｍｓ??图２－８双指数径向爆炸荷载??Ｆｉｇ．２－８?Ｒａｄｉａｌ?ｃｏｍｐｒｅｓｓｉｏｎ?ｗａｖｅ?ｅｘｐｒｅｓｓｅｄ?ｂｙ?ｔｈｅ?ｄｏｕｂｌｅ?ｅｘｐｏｎｅｎｔｉａｌ?ｆｕｎｃｔｉｏｎ??２．７．２数值实施??取半圆域圆心为坐标原点，将内半圆划分为２０个小单元，采用三角函数进行坐??标赋值，取原点左侧为负半轴，右侧为正半轴。??由于爆炸荷载作用在内半圆上，因此其边界上的面力都是己知的，其他边界上的??初始面力都为０。理论上对于半无限动力问题在其无限远处的位移为０，但为了在数??值计算时对该模型施加约束，选取了与原点相距３?＝?３％处的节点作为位移零点（其??中；为计算时间；ｃｄ为压缩波波速），即应力波在３倍计算时间ｆ内所传播的距离。??其值随着计算时间的变化而自适应变化，该节点能够满足实际位移边界条件的要求。??２．７．３对比验证方案??本节分别采用ＦＥＭ、常规
Ｄ－ＢＥＭ?／?＼?？？？■＿?常规ＴＤ－ＢＥＭ??｛?１?？半无限时域边界元法?〇〇??／?＼?…▲？半无限时域边羿元法??。４?－?＼?＼Ａ??０．２?－?Ｉ?＼?－０．２?－?＼??Ｉ。°?＼?／???Ｊ－０．４?－?Ｉ??Ｉ?Ｙ?：?ｒ??－１．０??１?１?１?１?１?－）．０?Ｉ?１?？?＞?１?？??０?．０?２〇ｃ．?，／ｒ〇?３０?４０?５０?０?．０?２〇Ｃｄ／／ｒ〇?３０?４０?５０??（ａ）水平向位移?（ｂ）竖向位移??图２－９?ｒ?＝１０ｍ处计算结果??Ｆｉｇ．２－９?ｒｅｓｕｌｔｓ?ａｔ?ｒ?＝４ｍ??３０??
【参考文献】：
期刊论文
[1]土-结构动力相互作用远场问题数值分析方法综述[J]. 宋崇民,渠艳龄,刘磊,陈灯红. 水力发电学报. 2019(09)
[2]基于三维黏弹性边界的混凝土重力坝抗震性能分析[J]. 李金友,成卫忠,李同春. 水利水电技术. 2018(10)
[3]爆炸荷载作用下饱和半空间中衬砌隧道弹性动力响应IBIEM模拟[J]. 刘中宪,琚鑫,梁建文. 固体力学学报. 2018(05)
[4]半无限弹性空间中移动荷载动力响应的频域-波数域比例边界有限元法分析[J]. 雷晓燕,徐斌,徐满清. 振动工程学报. 2017(05)
[5]SH波斜入射时三维结构-土-结构相互作用分析[J]. 陈少林,常梦利. 地震工程与工程振动. 2017(01)
[6]移动荷载作用下半无限弹性空间中地铁隧道动力响应的频域—波数域比例边界有限元法分析[J]. 雷晓燕,徐斌,徐满清. 中国铁道科学. 2017(01)
[7]爆破荷载应力波在无限弹性介质中传播的特征线法解[J]. 雷卫东,李宏军,柳纯. 岩土力学. 2016(10)
[8]土-结构相互作用下网架结构动力性能研究[J]. 刘毅,薛素铎,李雄彦. 振动与冲击. 2014(10)
[9]结构-地基动力相互作用的时域模型[J]. 陈灯红,杜成斌. 岩土力学. 2014(04)
[10]弹性半空间中衬砌隧道对瑞利波的散射[J]. 刘中宪,梁建文,张贺. 岩石力学与工程学报. 2011(08)
博士论文
[1]近场波动有限元模拟的应力型时域人工边界条件及其应用[D]. 赵密.北京工业大学 2009
[2]结构动力模型相似问题及结构动力试验技术研究[D]. 朱彤.大连理工大学 2004
硕士论文
[1]时域边界元与有限元耦合迭代算法研究[D]. 刘志坚.哈尔滨工业大学 2017
[2]有限元边界元分域耦合算法研究[D]. 柳纯.哈尔滨工业大学 2016
[3]TMD框架动力时程分析的精细积分法[D]. 李沙沙.河北工程大学 2015
[4]高层建筑结构共同作用分析的有限元/无限元耦合分析模型研究[D]. 卢博.四川大学 2006
本文编号：3432699
本文链接：https://www.wllwen.com/shoufeilunwen/benkebiyelunwen/3432699.html
