结构-外流体动力相互作用的半解析方法

本文采用二维解析和一维离散的方法处理无限流体介质,建立了一种分析结构与外流体动力相互作用问题的半解析无限元法,使结构与流体的耦合振动以及波浪对弹性结构绕流等三维问题化为一维问题来求解,从而在很大程度上节省了单元、内存与计算工作量,同时径向无限域边界可得以正确模拟,比现有的有限边界人工处理更显优越,文中建立了适于不同结构类型的环单元与锥单元,给出了算例与比较。     

弹性薄板与层状无限非均匀介质的耦联分析

本文采用一维离散、二维解析的半解析单元法研究弹性薄板与无限介质静力相互作用问题,为工程上解决具有复杂材料特性的无限土体介质与明置结构的耦联分析提供一种简便、实用、有效的方法。文中还对耦联问题中介质特性效应、相对刚度效应、板件形状效应、土层深度效应以及非均质性影响等作了较为全面的分析。     

任意圈层径向非均质土中桩的纵向振动特性

研究三维轴对称条件下径向非均质土中桩的纵向振动. 首先将桩周土体沿径向分为任意圈层来考虑土体的径向非均质性,每个圈层土体均质; 然后结合边界条件和相邻圈层土体之间接触面上位移和应力连续条件,对任意圈层土体动力平衡方程由外而内逐层求解,进而利用桩-土完全耦合条件求解桩动力平衡方程,得到桩顶的频域响应解析解和时域响应半解析解; 最后通过对土体主要控制参数的研究,得出了土体径向非均匀性对桩-土动力响应的影响.      

端承粘弹性桩纵向振动的轴对称解析解

将桩和土体视为粘弹性介质,在频率域求得了桩轴对称纵向振动时动力响应的解析解,进而得到桩头复刚度的解析表达式.通过数值计算,给出了桩头动刚度因子和等效阻尼随激励频率的响应,考察了土层粘性、桩长径比、桩土模量比、桩泊松比和粘性等参数对桩头刚度因子和等效阻尼的影响.研究表明:由于考虑了桩的径向变形效应以及土层对桩的径向力作用...     

地下箱形结构动力分析的一种半解析元法

本文将地下箱形结构等效成弹性体,与周围土体一起构成土-结构组合单元,提出一种层单元的半解析位移函数,建立了地下箱形结构动力分析的半解析元法。它具有降低维数,减少自由度,节省计算时间和费用,井可考虑复杂介质及侧向无限域的影响等优点,其计算可在微机上实现,为探讨土-结相互作用的内在机理提供了一个途径。     

静压沉桩挤土机理探讨及有限元分析

针对预制桩在静压沉桩过程中出现的挤土现象,从土体小主应力方向加载的角度考虑,视浅层土体的隆起为小主应力方向(水平向)加载引起大主应力(垂直向应力)增加所致.在已有的柱形小孔扩张理论基础上,通过引入考虑位移的土压力计算方法提出了桩周土体隆起分界面表达式.利用该表达式分析浅层土体的隆起量,并利用Randolph提出的深层土体径向位移解析公式给出深层土体的变形量.最后运用有限元数值模拟计算与本文的数值解答进行对比分析,结果相近.     

饱和土与衬砌动力相互作用的圆柱形孔洞内源问题解答

考虑饱和土与衬砌结构的动力相互作用,该文研究了内源荷载作用下圆柱形孔洞的动力响应问题.将饱和土体和衬砌结构分别视为流固耦合介质和弹性均匀介质,通过引入势函数将位移控制方程化为二维轴对称波动方程.采用拉普拉斯变换,得到饱和土体位移应力的表达式及衬砌的位移应力的表达式.利用土体与衬砌结构之间的连续性条件和衬砌结构内边界上的边界条件,确定表达式的未知系数.采用逆拉普拉斯变换的数值方法,给出了问题的数值解.分析了饱和土中圆形衬砌结构随土体和衬砌结构参数变化的动力响应规律.     

对内爆炸荷载作用下地下竖井的动力响应一文的看法

《爆炸与冲击》杂志在1985年7月第5卷第3期发表了翟桐等的内爆炸荷载作用下地下竖井的动力响应一文（以后简称翟文）。文中提出了用无限元计及无限土体与结构相互作用的无限元法该单元的本质是在径向即Z轴（或）方向采用了e-n（n-1）),（n=1,2,）的函数组作为离散化形函数     

用二次形函数薄层法分析弹性层状地基中的动力问题

薄层法是分析和模拟弹性波在层状介质中传播的一种半解析半数值方法。本文在土层垂直方向离散中利用Galerkin加权残值法推导出二次形函数薄层元的计算公式。采用薄层单元模拟半空间上的层状场地,模型底面用阻尼器边界或傍轴边界代替半空间。利用点源简谐荷载作用下的土层反应与其它数值分析方法的对比讨论薄层模型的设置指标。并用一次和二次两种形函数离散方法计算了层状地基中的面波频散曲线、圆形均布简谐荷载作用下弹性半空间的位移反应和半无限地基中单桩的竖向阻抗函数,分别讨论其计算精度。     

正交各向异性功能梯度圆柱壳的应力分析及材料剪裁

假设正交各向异性功能梯度材料的弹性系数沿圆柱壳的径向按照任意连续函数变化,采用应力函数法和加权残值法导出了圆柱壳在非轴对称载荷作用下应力分析的一种新的数值解.建立了圆柱壳内部应力状态给定时材料剪裁问题的基本方程,提出了实现圆柱壳内部一种特殊的应力分布时所需要的材料弹性系数沿径向变化的解析解.通过数值算例验证了本文所导出的应力分析的数值解的正确性和收敛性,分析了弹性系数沿径向的变化对圆柱壳内部应力分布的影响.数值算例还给出了实现圆柱壳内部环向应力和切应力沿径向均匀分布时功能梯度材料的弹性系数沿径向的三种不同变化形式.所得研究结果可为正交各向异性功能梯度材料圆柱壳的设计提供一定的参考,同时材料剪裁的解析结果也可作为其他数值方法计算结果验证的考题.     

边界元法在流—固相互作用分析中的应用

本文采用边界元法研究水与粘弹性介质在地震波入射条件下的相互作用问题。首先,采用半空间格林函数建立液体介质区域的边界元方程,然后考虑液—固界面的连续条件,获得水对固体介质的影响矩阵,最后用此影响矩阵修正固体介质的边界元方程。通过对简单问题的计算表明,采用本文方法求解流—固相互作用问题,其计算量与单独求解固体介质的波动问题时相当。     

内部荷载作用下圆柱形孔洞的动力响应解答

考虑土与衬砌结构的动力相互作用,本文研究了内源荷载作用下,圆柱形孔洞的动力响应问题.将土体和衬砌结构视为弹性均匀介质,通过引入势函数将位移控制方程化为二维轴对称波动方程.采用拉普拉斯变换,得到土体及衬砌的位移应力的表达式.利用土体与衬砌结构之间的连续性条件和衬砌结构内边界上的边界条件,可确定表达式的未知系数.采用逆拉普拉斯变换的数值方法,给出了问题的数值解.分析了土中圆形衬砌结构的动力响应随土体和衬砌结构参数的变化规律.     

反平面断裂问题的无单元伽辽金比例边界法

将比例边界法与无单元伽辽金法相结合,建立了反平面断裂分析的无单元伽辽金比例边界法。这是一种边界型无网格法,在环向方向上采用无单元伽辽金法进行离散,因此计算时仅需要边界上的节点信息,不需要边界元所要求的基本解。为了便于施加本质边界条件,通过建立节点值和虚拟节点值之间的关系给出了修正的移动最小二乘形函数。在径向方向上,该方法利用解析的方法求解,因此是一种半解析的数值方法。最后,给出了数值算例,并验证了所提方法后处理简单和计算精度高的特点,适合于求解反平面断裂问题。     

饱和土–隧道动力响应的2.5维有限元–边界元耦合模型

针对饱和土中异形隧道的三维动力响应问题,建立了2.5维有限元与边界元耦合模型.将隧道结构视为弹性体,采用2.5维有限元建立隧道模型;将地基土视为饱和多孔介质,采用2.5维边界元建立饱和土体模型.借助组合辅助问题基本解消除了边界积分方程的奇异性.利用饱和土与隧道接触面的位移、面力连续和完全透水或完全不透水边界条件,实现2.5维有限元和边界元模型的耦合求解.模型具有计算效率高、适用范围广的优点.通过与完全透水和完全不透水边界条件下轴对称问题的半解析解以及单相介质的2.5维有限元与边界元耦合模型对比,验证了本文模型的正确性.最后利用该模型计算了饱和土体中类矩形隧道在移动载荷作用下的三维动力响应,分析了不同土体渗透性下位移及孔隙水压力沿隧道轴向、环向和深度的分布规律.结果表明:(1)孔隙水压力随土体渗透性增大而显著减小,位移受土体渗透性影响小;(2)位移及孔隙水压力在隧道环向主要分布在距载荷作用点两侧约2 m的范围内;(3)孔隙水压力沿深度的衰减比土体位移快,且孔隙水压力和轴向位移沿深度的分布受土体渗透性影响大.     

近水面水下爆炸二维Level-set数值模拟

水下爆炸是一个多介质、动边界、瞬态非线性过程,捕捉介质之间交界面的变化是数值模拟的一个难点.本文采用Level-set方法来描述水下爆炸气体产物和流体交界面以及自由表面变化,应用TVD (Total Variation Diminishing) 计算技术求解Level-set流场,首先建立了近水面水下爆炸的二维数值方法,然后,将该方法推广到流场内有刚性结构的情况,考虑了冲击波和刚性结构物的相互作用.为了模拟无限边界流场问题,引进了Thompson建立的无反射边界条件.     

三维裂纹分析的主值型面力边界积分方程法

给出了一组只包含Ｃａｕｃｈｙ主值积分、不含有强奇异积分的三维静动力边界积分方程及其应用于裂纹问题的具体列式，并给出了几何轴对称问题的相应半解析边界元求解方法，将三维问题降阶为一维数值问题．文中分析了无限、半无限介质中圆裂纹、平行圆裂纹系、球面裂纹等在静载及应力波作用下的静力或瞬态动力响应问题，求得了相应的应力强度因子．     

压电介质平面问题的基本解

应用复变函数的方法,对于压电介质平面问题,分析导出了无限介质或半无限介质受任意 集中载荷作用时的复势函数基本解;这些结果可作为边界元法的基本解,以求解具有复杂边界压电体的平面问题。     

柔性桩沉降的随机特性

本文采用小波动方法结合剪切位移法,将土体弹性模量视为沿深度方向的一维随机场,推导出了柔性桩桩顶沉降响应方差上限的解析表达式。通过算例探讨了四种不同相关函数及相关距离对桩身沉降及桩身应力响应方差的影响。得出了指数型相关函数较其它三种的计算值明显偏小;当竖向相关距离大于桩长时其变化对桩顶沉降响应方差影响不大的结论。     

用薄层法分析层状地基中各种基础的阻抗函数

薄层法是分析和模拟弹性波在层状介质中传播的一种半解析半数值方法.采用薄层单元和傍轴边界分别模拟层状地基和弹性半空间.利用薄层法位移基本解和容积法推导了层状地基中基础-地基动力相互作用方程及块式基础、桩基础和承台群桩基础阻抗函数的统一计算公式.通过计算半无限弹性地基中桩基础、块式基础和二层地基上基础的阻抗函数验证了方法的适用性.进而计算了某实际层状地基中承台群桩基础的阻抗函数,并与试验结果进行对比,两者吻合较好.本文方法可用于分析弹性层状地基中各种基础的阻抗函数.     

沉桩扩孔速度对非饱和土中柱形扩孔挤土效应的影响

以柱形孔扩张模型模拟沉桩过程,推导出考虑速度因素时桩周土体的位移、应力解析解.以弹塑性交界面处单元体的运动情况作为参考标准,将区域内任何一点的应力、位移描述成塑性区半径和扩张后土体单元距孔心的距离函数.采用小变形理论求解出r处的径向扩张速度与弹塑性交界面的径向扩张速度之比应满足的关系式.最后结合沉桩扩孔速度的已知条件推导出沉桩后桩周土体塑性区、破坏区的范围.整个土体范围内应力、位移表达式形式仍与不考虑沉桩扩孔速度因素时一样.对比分析表明:相同桩径条件下,随着沉桩扩孔速度的增加,沉桩影响范围也越来越大;随着桩径的增加,沉桩影响范围受沉桩扩孔速度的影响程度则降低.此外,相应于一定的桩径存在一个临界速度,当沉桩扩孔速度大于临界速度时,需要考虑速度因素;小于临界速度时不考虑则是偏于安全的.本文的研究成果主要适合于软土.