设置软衬垫的地下圆形结构的动应力集中

本文利用波函数展开法求解了设置软衬垫防护的地下圆形结构的平面ＳＨ波、Ｐ波及ＳＶ波作用下的稳态响应，求出了结构内壁周向应力的动应力集中系数，并详细计算了软衬垫的弹性性质参数及厚度对动应力集中系数的影响曲线。本文计算的不分层空穴情形的结构与文献中结果完全吻合。本文结果不仅可为地下坑道工程的设计提供必要的参数，而且为进一步研究该类问题的瞬态响应提供参考。     

爆炸荷载作用下围岩与地下结构的动力相互作用

利用ANSYS/LS-DYNA非线性显式动力有限元程序和流固耦合计算方法,对炸药在地下拱形结构上方岩石中垂直爆炸过程进行数值模拟,借助波动理论p-u Hugoniot线对爆炸冲击波在围岩与结构之间的传播和加卸载过程进行理论分析;得到了不同跨度拱形结构与围岩之间的最大相互作用力及相互作用力分布图。研究结果表明：冲击波由高阻抗围岩向低阻抗混凝土传播时,围岩卸载,应力减小;反向传播时,岩石加载,应力增大;爆距为5 m时爆炸冲击波对40 m跨度拱形结构整体产生拉压震荡,引起的震动效应显著。     

爆炸冲击波作用下围岩与被覆结构的动力相互作用

爆炸作用下围岩与被覆结构的动力相互作用对于合理确定防护结构荷载、科学设计被覆结构具有重要意义。运用ANSYS/LS-DYNA非线性显式动力有限元程序和流-固耦合算法,对垂直爆炸作用下不同爆距、不同跨度的地下结构与围岩的动力相互作用进行了数值模拟,应用波动理论进行了动力相互作用力分析,讨论了相互作用动载计算公式在岩石结构中的适用性,得到了围岩与被覆结构的最大相互作用力变化规律。研究结果表明：在距拱顶1~25 m垂直爆炸作用下,14~25 m跨地下结构都发生了拱顶局部破坏,整个拱的混凝土均会产生震动裂缝;当爆距为4 m时,围岩与结构的动力耦合作用最大,可以作为确定最大荷载的依据。     

应力波作用下颗粒介质的动力特性研究

运用微结构连续介质力学和多刚体系统动力学的理论方法,考虑了颗粒体的拓扑结构及颗粒体之间的局部非线性相互作用,通过引进恢复系数,导出了适合于大变形运动（包括平动和转动）情况下,颗粒体间的滑移和分离的宏观弹塑性本构关系。最后,还给出了几种规则排列条件下,颗粒介质的本构关系。     

应力波传播与屈曲耦合情况下结构动力屈曲控制方程及波前边界条件的探讨

从应力波作用下结构动力屈曲的特点出发,指出应力波作用下结构屈曲与应力波传播的耦合导致时间成为结构屈曲的参变量,从而应力波作用下结构屈曲的真实运动与邻近运动是不同时刻、不同扰动区域的比较,这使得其控制方程的建立不宜采用传统的等时积分变分原理;以压应力波作用下弹性直杆为例,应用能量守恒原理,根据屈曲时刻结构能量的转换关系,建立了其屈曲控制方程,并实际推导得到了波前边界条件为横向位移,转角和曲率为零;其中,波前边界第三个条件出现的原因是轴向应力波的传播与屈曲的耦合.     

炸药爆炸作用下地下结构的动力响应分析

基于显式有限元计算程序LS-DYNA3D和粘弹性人工边界条件,建立了爆腔-地下结构-软回填隔震层-岩土介质系统三维弹粘塑性动力响应分析模型,其中爆腔的模拟采用了经验关系式。通过与美陆军技术手册TM5-855-1经验公式的计算结果比较,表明该分析模型与方法是合理的。还进一步讨论了软回填层的隔震效果。     

土-地铁隧道动力相互作用模型试验分析

本文对土的动力特性本构模型以及土-结构的接触面模型进行了较详细的探讨,最后分别选用非线性等价粘弹性模型和Ramberg-Osgood模型。分析表明,在进行模型试验设计时,不仅材料要满足相似性原理,而且在设计边界条件和地震波输入时也应以上述模型为参照。通过对一圆形隧道的地震反应分析,表明拱顶处的最大动应力是圆形隧道出现裂痕的主要原因,进而分析了孔隙率对结构横向变形的影响,分析结果与实际工程情况较为吻合。本文的研究成果可为地铁隧道的抗震设计提供一定的参考意见。     

地震波反演与土-结构动力相互作用分析

基岩地震动的确定是土-结构动力相互作用分析的关键步骤之一.本文基于一维剪切波动理论,利用MATLAB编制了自由场地表波向基岩波反演的计算程序,进行了数值验证,并对汶川地震同济大学实测地震波进行了反演计算,分析了反演基岩地震波与地表波的差异.在此基础上,采用ANSYS软件建立土-结构相互作用体系分析模型,以土层深处的反演地震波作为输入,对土-结构相互作用体系进行了地震反应分析,探讨了在El Centro波及汶川地震同济大学实测波二种不同反演波输入下,桩基承台及上部结构地震反应的差异,得到了有工程参考价值的结果.     

地下结构与地层相互作用理论及其应用

本文对岩土与结构相互作用条件下的地下结构受荷后内力的理论分析及其应用作了综合评述,论述了地层压力、地下壳体及桩基础等的计算方法,特别介绍了近似计算方法．     

弹性压应力波下直杆动力失稳的机理的判据

基于应力波理论和失稳瞬间能量的转换和守恒,导出了一个直杆动力分岔失稳的准则：（1）直杆在发生分岔失稳的瞬间所释放出的压缩变形能等于屈曲所需变形能与屈曲动能之和;（2）在上述能量转换过程中,能量对时间的变化率服从守恒定律。应用临界条件（1）推导出的直杆动力失稳的控制方程和杆端边界条件以及连续条件,与应用哈密顿原理推导的结果完全相同,但不足以构成求解直杆动力失稳问题的完备定解条件,导出包含两个特征参数的一对特征方程。从而建立了求解直杆动力失稳模态和两个特征参数（临界力参数和失稳惯性项指数参数即动力特征参数）的较严密理论方法。     

花岗岩体中应力波传播计算的动态本构关系

在花岗岩体的弹性区域,对实测径向质点速度波形运用Lagrangian分析方法,得到了球面应力波传播的加载速率相关的应力应变关系曲线。由速率相关本构关系所作的计算结果表明,它能较正确地描述岩石中球面应力波传播过程中所体现的主要特征,即应力波峰值衰减指数大于1和波形剖面的展宽。     

爆炸波与地下结构物相互作用的动光弹性探讨

本文用动态光弹性探讨了地表爆炸产生的应力波与地下结构物相互作用的机理,根据等差条纹分布分析了P波、S波、von Schmidt波及R波与结构物基础的相互作用过程。研究表明R波是对地下结构物危害最大的波。可以采取防护措施来反射和消耗R波的能量。     

炮孔之间爆炸应变场的光力学分析

本文分别运用动态云纹-光弹性和电阻应变量测方法研究了相邻两炮孔之间爆炸应变场。多火花式高速像机和超动态量测系统被用于动态记录。根据动态云纹-光弹条纹分析了应力波的叠加作用,定量地计算了爆炸应力波叠加作用期间内不同时刻地孔连心线上_x(沿连心线方向)和_r(垂直于连心线方向)的分布以及_x在连心线中垂线上的分布。用应变片记录了爆炸应力波叠加作用时连心线上应变-时间示波器轨迹。测量和计算所得炮孔间应力波叠加和衰减的规律与理论分析和动光弹模拟分析结果一致。     

爆炸应力波对高速扩展裂纹影响的动态光弹性试验研究

本文用动态光弹性模拟试验和分析方法,观察和分析研究了爆炸应力波对高速扩展的运动裂纹扩展方向和扩展速度的影响过程和机理。结果表明:当[裂纹扩展方向与入射膨胀波(P波)波阵面法线的夹角]=0时,P波的作用不会改变裂纹的扩展方向,但使其扩展速度发生变化,入射剪切波(S波)能使裂纹改变扩展方向;当0/2时,P波和S波都能改变裂纹扩展方向,而且,P波使裂纹扩展速度降低,S波使裂纹扩展速度提高。这一试验研究对于理解爆炸、冲击载荷与扩展裂纹相互作用的机理,对于理解控制、光面、预裂爆破中相邻炮孔之间后爆炮孔产生的应力波与先爆炮孔壁上产生的裂纹的相互作用具有理论和实际意义。     

Scattering of elastic waves by a periodic array of cracks in 3-D space

The problem of scattering of normal incident time harmonic plane elastic waves by a co-planar periodic array of cracks in 3-D space is investigated. The scattered waves consist of a superposition of an infinite number of wave modes [M, N]^T and [M, N]^L,M. N=0, 1, 2, , but only a finite number of them are propagating wave modes. The numerical calculation has been made for rectangular cracks and P wave incidence. The reflection coefficient of [O, O] order,R ₀ ³ , has been studied in detail for various wave numbers and parameters of the geometry for the problem. The reliability of the numerical calculation has been checked by an application of the balance of rates of energies. For an elongated rectangular crack,R ₀ ³ in the corresponding 2-D problem in [2] is recovered. The dynamic stress intensity factors around the crack edge have been obtained. The results as the wave number goes to zero have been compared with those in the correspoding static case. Good agreement is observed.     

地下结构多尺度动力分析方法

近年地下结构震害频发,针对目前地下结构抗震研究中实际存在的多尺度动力问题,提出了地下结构多尺度动力分析方法,该方法不需要任何附加的过滤和阻尼就能有效地消除高频波的虚假反射. 以桥域耦合理论为基础,引入拉格朗日乘子将不同尺度区域之间的约束关系,通过能量势函数隐含到动力方程中,推导出不同尺度域的动力控制方程;基于中心差分法,提出了用于地下结构多尺度分析的动力显式算法,以求解所建立的多尺度动力耦合体系. 以实际工程为应用实例,通过与传统的位移耦合方法的对比分析,说明了该多尺度方法用于地下结构动力分析的可行性以及对消除高频波虚假反射的有效性.     

DYNAMIC LOAD ANALYSIS OF UNDERGROUND STRUCTURE UNDER EFFECT OF BLAST WAVE

A semi-analytical method of solving the problem of dynamic stress concentration of arbitrary underground structure under the effect of blast waves was introduced. Using the Fourier transform theory, the shock waves (in the forms of SH-waves) can be converted into frequency bands. After employing complex functions and conformal mapping, the admittance functions of various underground structures were obtained. Then, the problem of the time domain dynamic stress response of underground structure can be easily solved through the Fourier inverse transform. At last, the results and curves of the dynamic stress for the square, triangle and horseshoe cavity were presented.     

爆炸载荷作用下地下圆形结构动态分析

应用有限元方法分析了在爆炸载荷作用下地下圆形结构与土介质的动力相互作用问题。结构与土介质均假定为弹塑性，并用Ｍｉｓｅｓ屈服准则描述，而且考虑其几何非线性的影响。文中使用了人为阻尼边界和模型几何尺寸限制条件，从而大大提高了计算精度。文中还对几种解进行了比较和讨论     

Some dynamic problems for elastic materials with functional inhomogeneities: anti-plane deformations

The paper considers two dynamical problems for an isotropic elastic media with spatially varying functional inhomogeneity, the propagation of surface anti-plane shear SH waves, and the stress deformation state of an anti-plane vibrating medium with a semi-infinite crack. These problems are considered for five different types of inhomogeneity. It is shown that the propagation of surface anti-plane shear waves is possible in all these cases. The existence conditions and the speed of propagation of surface waves have been found. In the section devoted to the investigation of the stress deformation state of a vibrating medium with a semi-infinite crack, Fourier transforms along with the Wiener Hopf technique are employed to solve the equations of motion. The asymptotic expression for the stress near the crack tip is analyzed, which leads to a closed form solution of the dynamic stress intensity factor (DSIF). Here also the problem is considered for five different functional inhomogeneities. From the formulae for DSIF thus obtained one can see that the inhomogeneity can have both a quantitative and qualitative impact on the character of the stress distribution near the crack.Received: 25 July 2002, Accepted: 3 April 2003, Published online: 27 June 2003PACS: 83.20.Lr, 83.50.Tq, 83.50.Vr, 46.30.Nz