直角平面内弹性圆夹杂对入射平面SH波的散射

利用复变函数法、多极坐标移动技术及傅立叶级数展开求解二维直角平面内圆形弹性夹杂对稳态入射平面SH波的散射问题。首先写出直角平面内不含夹杂时的入射波场和反射波场;其次建立直角平面内含夹杂时夹杂外的散射波解和夹杂内的驻波解,并利用叠加原理写出问题的总波场,借助夹杂边界处应力和位移的连续条件建立求解散射波解和驻波解中未知系数的无穷代数方程组并求解,通过算例具体讨论了直角平面水平边界点的位移幅度比和夹杂边界处径向应力集中系数随不同无量纲波数、入射角及圆孔位置的变化情况,结果表明了算法的有效实用性。     

直角平面角点衬砌对稳态平面SH波的散射

利用波函数展开法求解了二维直角平面角点处圆弧形衬砌对稳态入射平面SH波的散射问题,得到问题的解析解．方法是首先构造出衬砌介质内外的总波场,它们能够预先满足直角平面两直角边界应力自由条件；再利用衬砌边界处的应力和位移连续条件写出确定散射波解中未知系数的方程组并求解．通过算例具体讨论了衬砌内边界处的环向应力集中系数和位移幅度比随无量纲波数、入射角的变化情况,结果表明它们存在不同程度的放大现象．     

直角平面区域内固定圆形刚性夹杂问题的Green函数解

利用复变函数法、多极坐标移动技术研究了直角平面区域内含有固定圆形夹杂时的反平面问题Green函数解.首先构造出不含夹杂的完整直角平面区域内满足边界应力条件的入射位移场;其次,建立直角平面区域内固定圆形夹杂对该入射场产生的满足直角边界应力自由条件的散射波解,并由叠加原理得到介质内的总波场.最后利用夹杂边界处的位移条件确定出散射波解中的未知系数,最终得到问题的Green函数解,还通过算例讨论了夹杂边界处的径向应力和环向应力随不同波数、角度和不同夹杂位置及不同点源位置的变化情况.算例结果表明了该文方法的有效实用性.     

SH波对直角平面区域内圆形衬砌的散射与地震动

研究了以任意方向入射的平面SH 波对直角平面区域内圆形衬砌的散射与地震动问题．利用复变函数法、多极坐标移动技术及镜像法,将直角平面区域内的波场延拓于半无限空间,根据边界条件将该问题的解答可归结为对一组无穷代数方程组的求解问题,通过算例考虑衬砌的动应力集中和地表位移．结果表明,衬砌的动应力集中和地表位移幅值取决于入射波频率、角度、衬砌的位置和厚度比．     

SH波对直角平面区域内圆形孔洞的散射与地震动

研究了以任意方向入射的平面SH波对直角平面区域内圆形孔洞的散射与地震动问题.首先,利用复变函数法、多极坐标移动技术及叠加原理,构造了一个可以预先满足直角平面区域自由表面上应力自由边界条件的圆孔对SH波散射的波函数;其次,利用镜像法,将直角平面区域内的波场镜像于半无限空间,并得到了满足边界条件的总波场;最后,作为对抗暴抗震问题的研究,通过算例考虑了圆孔的动应力集中和地表的动位移.结果表明,圆孔的动应力集中和地表的位移幅值取决于入射波频率、角度和圆孔的位置.     

双相介质半空间内椭圆夹杂对透射SH波的散射

为探究双相介质弹性半空间内椭圆弹性夹杂对透射SH波的散射问题,主要采用Green函数法、复变函数法、保角映射法和极坐标移动技术。首先,引入复变量并在复平面上运用保角映射的方法将椭圆边界映射为单位圆边界;然后,将双相介质沿垂直边界剖开分成两个四分之一空间,在剖分面上作用附加力系使SH波在垂直边界上满足位移和应力连续的条件,并构造四分之一空间内点源荷载作用下的Green函数位移场;进而,利用"契合"的思想在垂直边界上建立定解积分方程组,并利用SH波衰减的性质进行有限项截断来求解未知附加力系。最后,通过具体算例得出在不同参数情况下椭圆夹杂周边动应力集中因子分布情况。结果得知,SH波的入射角度和频率以及介质的性质对夹杂周边动应力集中分布有一定影响。     

流体饱和弹性半空间裂隙对平面P_I波的衍射

采用间接边界元法,求解了饱和半空间裂隙对平面PI波的二维衍射问题。基于单层位势理论,将边界离散并直接在边界单元上施加虚拟荷载(水平作用力、竖向作用力和流量源的叠加)以构造散射波场,并由边界条件确定虚拟荷载密度,总波场由自由波场和散射波场共同组成。通过参数分析研究了入射波频率、入射倾角、埋深、孔隙率、边界渗透条件等因素对饱和半空间中裂隙对平面PI波衍射的影响规律。结果表明:裂隙随埋深增大,地表位移谱振荡加剧,峰值有所降低;随着入射频率增加,孔隙率影响逐渐增大;垂直入射时,水平位移的放大区域主要分布在裂隙两端,斜入射时,主要集中在裂隙正上方地表附近;透水和不透水两种情况下的地表位移幅值和相位差别较小,但干土情况与饱和情况下的位移幅值相差较大。     

覆水饱和双相介质圆弧场地P波激励下散射问题的理论解

采用波函数展开法对平面P波入射复杂水域地形的空间变异性地震动场进行研究,该水域地形具有覆水层、饱和双相介质、场地非平坦以及第二类分层(场地跨越分层界面)等属性.首先,依据地震波反射和透射特性推导直角坐标系下的自由波场分布;然后,根据场地属性并引入大圆弧法分析极坐标系下的含有待定系数的散射波场;进而,结合土-水分界面和饱和土层分界面边界条件,求解散射波场中的待定系数;最后,通过自由波场和散射波场得到覆水饱和双相介质圆弧场地波函数理论解.基于理论解,通过算例验证了理论推导的合理性及可靠性,分析了地表位移在不同入射条件下的差异性.结果 表明,相对于均匀介质,饱和双相介质会显著影响地表位移分布.此外,入射波频率和角度对地震地面运动特性也有较大的影响.     

楔形空间中任意形状孔洞对平面SH波的散射：IBEM求解

采用间接边界元法(IBEM),求解了楔形空间中任意形状孔洞对平面SH波的散射问题。基于单层位势理论,首先在孔洞表面及其附近楔形空间表面上施加虚拟均布荷载,以构造散射波场。进而由自由表面零应力条件,建立方程求解得到虚拟荷载密度。总波场由楔形空间自由波场和散射波场叠加得到。研究表明：IBEM方法能够精确高效求解楔形空间中弹性波散射问题。楔形空间孔洞对波的散射特征依赖于波入射角、无量纲入射波频率、楔形夹角、孔洞位置及其形状;孔洞周围波的相干效应十分显著,空间表面位移幅值及孔边动应力集中因子比半空间情况放大一倍有余,分别达到8.5和10.0;该研究为楔形空间中更为复杂的P、SV波散射问题求解奠定了基础。     

SH波入射时垂直半空间中双相介质界面附近圆孔的动力分析

利用复变函数和Green函数法研究了垂直半空间中双相介质界面附近圆孔对SH波的散射与动应力集中问题。该问题的解答采用镜像法,首先构造出含有圆孔的直角平面区域出平面问题的Green函数,然后利用契合技术,并根据界面处位移连续性条件将解答归结为具有弱奇异性的第一类Fredholm积分方程组的求解,结合散射波的衰减特性,直接离散该方程组,把积分方程组转化为线性代数方程组可得到该问题的数值结果。最后,通过算例分析了圆孔的动应力集中情况。结果表明,与全空间中界面附近圆孔对SH波的散射相比,由于垂直半空间自由边界的存在,孔边动应力集中系数明显增大;另外,入射波由硬介质(波速大)进入到软介质(波速小)时,与均匀介质相比,孔边动应力集中更显著,最不利的参数组合,孔边动应力集中系数几乎提高了一倍,入射波由软介质进入到硬介质时,情况相反。     

SCATTERING OF CIRCULAR CAVITY IN RIGHT-ANGLE PLANAR SPACE TO STEADY SH-WAVE

Complex function method and multi-polar coordinate transformation technology are used here to study scattering of circular cavity in right-angle planar space to SH-wave with out-of-plane loading on the horizontal straight boundary. At first, Green function of right-angle planar space which has no circular cavity is constructed; then the scattering solution which satisfies the free stress conditions of the two right-angle boundaries with the circular cavity existing in the space is formulated. Therefore, the total displacement field can be constructed using overlapping principle. An infinite algebraic equations of unknown coefficients existing in the scattering solution field can be gained using multi-polar coordinate and the free stress condition at the boundary of the circular cavity. It can be solved by using limit items in the infinite series which can give a high computation precision. An example is given to illustrate the variations of the tangential stress at the boundary of the circular cavity due to different dimensionless wave numbers, the location of the circular cavity, the loading center and the distributing range of the out-of-plane loading. The results show the efficiency and effectiveness of the method introduced here.     

SH波绕界面孔的散射

用波函数展开方法研究了SH波绕界面孔的散射问题。由入射、反射和透射波组成的自由波场与孔的散射场叠加成总波场。按照一定方式将两个半平面散射波场延拓于全平面，通过Hankel-Fourier展开方法求得了任意形状孔散射场的级数解。以椭圆形孔为例计算了孔边缘的动应力集中系数。     

半空间内含有部分脱胶的椭圆夹杂及圆孔对SH波的散射

采用复变函数法,结合"保角映射"技术及Green函数法,研究SH波作用下半空间内含有部分脱胶的椭圆夹杂以及圆形孔洞的散射问题。首先,利用"保角映射"技术将椭圆夹杂映射为圆夹杂,求出散射波位移场,同时,利用Green函数法与"虚设点源"的方法,求出半空间内椭圆夹杂以及圆孔的位移及应力场;然后,根据椭圆夹杂周围位移、应力连续、圆孔周围应力自由的边界条件,建立无穷线性代数方程组,求解出波函数中的未知系数;最后,在脱胶部分施加大小相等、方向相反的应力,构造出"脱胶模型",得到半空间内含有部分脱胶的椭圆夹杂以及圆形孔洞的总位移场。数值算例表明,入射角度、入射波频率、缺陷之间的距离、夹杂埋深及脱胶角度等对动应力集中因子有较大影响。     

DYNAMIC INTERACTION OF PLANE WAVES WITH A UNILATERALLY FRICTIONALLY CONSTRAINED INCLUSION-TIME DOMAIN BOUNDARY ELEMENT ANALYSIS

A 2D time domain boundary element method (BEM) is developed to solve the transient scattering of plane waves by a unilaterally frictionally constrained inclusion. Coulomb friction is assumed along the contact interface. The incident wave is assumed strong enough so that localized slip and separation take place along the interface. The present problem is in effect a nonlinear boundary value problem since the mixed boundary conditions involve unknown intervals (slip, separation and stick regions). In order to determine the unknown intervals, an iterative technique is developed. As an example, we consider the scattering of a circular cylinder embeddedin an infinite solid.     

SH波作用下地表软覆盖层中圆形夹杂的动应力分析

利用复变函数法和波函数展开法, 对地表软覆盖层中浅埋圆形夹杂在稳态SH波作用下的动应力集中问题进行研究并给出了解析解。根据SH波散射时的衰减特性, 采用了大圆弧假定的方法, 将半空间覆盖层直线边界问题转化为曲面边界问题。通过算例分析了SH波垂直入射时, 不同入射波波数和圆夹杂与半空间的波数比对圆形夹杂周边动应力集中因子的分布和动应力集中因子最大值变化的影响。算例表明, 圆形夹杂越“软”, 其波数越大, 夹杂周边的动应力集中因子越大; 入射波波数约0.35时, 夹杂周边的最大动应力集中因子达到最大值。     

Scattering of flexural wave in a thin plate with multiple circular holes by using the multipole Trefftz method

The scattering of flexural wave by multiple circular holes in an infinite thin plate is analytically solved by using the multipole Trefftz method. The dynamic moment concentration factor (DMCF) along the edge of circular holes is determined. Based on the addition theorem, the solution of the field represented by multiple coordinate systems centered at each circle can be transformed into one coordinate system centered at one circle, where the boundary conditions are given. In this way, a coupled infinite system of simultaneous linear algebraic equations is derived as an analytical model for the scattering of flexural wave by multiple holes in an infinite plate subject to the incident flexural wave. The formulation is general and is easily applicable to dealing with the problem containing multiple circular holes. Although the number of hole is not limited in our proposed method, the numerical results of an infinite plate with three circular holes are presented in the truncated finite system. The effects of both incident wave number and the central distance among circular holes on the DMCF are investigated. Numerical results show that the DMCF of three holes is larger than that of one, when the space among holes is small and meanwhile the specified direction of incident wave is subjected to the plate.