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相似文献
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1.
局部人工边界稳定性的一种分析方法   总被引:9,自引:2,他引:9  
关慧敏  廖振鹏 《力学学报》1996,28(3):376-380
采用时域局部人工边界同有限元或有限差分相结合的方法分析无界域中的波动问题时可能出现由边界引起的数值失稳现象.本文提出一种分析局部人工边界稳定性的实用方法.该方法从时域逐步积分格式出发,考虑了边界节点运动和内部节点运动的耦合以及离散化的影响,可以给出局部人工边界在多维波动数值模拟中的稳定性近似准则.文中对多次透射边界在一维及二维出平面波动模拟中稳定性的分析结果,表明了该方法的合理性  相似文献   

2.
黏弹性人工边界是处理无限域波动问题常用的数值模拟方法。采用显式时域逐步积分算法进行计算时,受黏弹性人工边界的阻尼、刚度等影响,人工边界区的稳定性比内部计算域的更严格,尚无明确、实用的稳定性判别准则,这限制了黏弹性人工边界在显式动力分析中的应用。针对二维黏弹性人工边界,利用基于局部子系统的稳定性分析方法和基于传递矩阵谱半径的稳定性判别准则,给出了可代表整体模型局部特征的不同边界子系统的稳定性条件解析解。通过对比分析不同计算区域的稳定性条件及其影响因素,证明了整体模型的稳定性由角点子系统控制。在此基础上,获得了含黏弹性人工边界的整体模型在显示动力计算中的统一稳定性判别准则和简化实用计算方法。在实际应用中,令积分时间步长满足稳定性条件,即可顺利完成整体模型的动力计算。以上研究可为将黏弹性人工边界应用于显式动力计算时积分时间步长的合理选取提供参考。  相似文献   

3.
黏弹性人工边界等效荷载计算的改进方法   总被引:3,自引:0,他引:3  
黏弹性人工边界在场地地震反应和结构-地基动力相互作用等问题的计算中已得到了广泛的应用.地震波在黏弹性人工边界中的输入是通过将地震波转化为作用于人工边界处的等效载荷来实现的.计算等效节点载荷的常规方法默认边界节点对应区域内的应力为均布力,但实际上该节点对应区域内的应力分布通常是不均匀的.本文在有限元方法结合黏弹性局部人工边界的显式时域波动方法的基础上,建立了无限域散射问题地震波等效载荷计算的一种改进方法.该方法采用细化网格与应力积分相结合的方法计算人工边界等效节点力,有效地降低了人工边界上等效节点力的计算误差.以不同角度入射地震波的二维算例为例,算例给出的波场位移云图和节点位移时程曲线验证了本文方法的有效性,其计算精度与网格尺寸和地震波入射角度密切相关,且网格越小、入射角度越小,计算精度越高.对于相同的网格尺寸,本文采用方法的计算精度明显高于常规方法,尤其是对于斜入射问题优势更为明显.  相似文献   

4.
弹性力学平面问题的等价边界积分方程的边界轮廓法   总被引:5,自引:0,他引:5  
基于边界积分方程中被积函数散度为零的特性,提出了弹性力学平面问题的等价边界积分方程的边界轮廓法,该方法无需进行数值积分,只需要计算单元两结点势函数值之差。实例计算说明,基于传统的边界积分方程的边界轮廓法所得到的面力结果是错误,而本文建立的边界轮廓法则可给出精确的结果。  相似文献   

5.
提出一种描述力-位移时间卷积关系的高阶弹簧-阻尼-质量模型,并将其作为人工边界条件 直接应用于弹性动力学无限域圆柱对称运动问题的时域数值求解. 该人工边界条件不存在旁 轴近似、多次透射等位移型外推人工边界条件普遍存在的高、低频失稳问题;与黏性、黏弹 性边界等应力型人工边界条件相比,它具有高阶精度,且是严格高、低频双渐近的,也可以 退化到黏性、黏弹性边界;该边界可以像黏性、黏弹性边界一样利用商用有限元软件中内置 的并联弹簧-阻尼器、质量单元和时间积分求解器在商用软件中方便地实现,便于研究人员和 工程师应用. 分析的几个简单数值算例也验证了该边界条件的上述优点.  相似文献   

6.
在结构-地基相互作用(SSI)体系的动力分析中人工边界的模拟与选取是一个关键因素,直接影响SSI体系的动力分析结果.人工边界模拟方法众多,目前对于不同人工边界在各种计算条件下模拟效果的比较研究所见不多.采用数值方法集中比较了工程中广泛应用的几种人工边界在SSI体系分析中的动力反应,详细分析了一维柱体在各种人工边界及输入的冲击荷载及正弦周期荷载作用下的动力分析结果的精确性及稳定性.研究结果表明,人工边界的动力模拟效果与输入震源的动力特性及分析介质的弹性常数存在密切的关系,即较高的输入震源频率需要较高的介质弹性波速,才能保证人工边界的稳定性与适用性.结合上海地区土体及地震波特性,指出本地区SSI体系的动力计算宜采用粘弹性人工边界.  相似文献   

7.
振动台模型试验中地基土域的数值模拟   总被引:5,自引:0,他引:5  
针对土-结构动力相互作用振动台模型试验中有限地基土域的模拟问题,本文分别采用有限元法和边界元法对地基土模型的侧向人工边界和底部人工边界的合理位置问题进行了计算分析。文中首先采用三维有限元方法,探讨了地基土侧向垂直人工边界不同位置对群桩基础和箱形基础地震反应的影响,提出了侧向人工边界合理位置的具体建议;然后利用层土动力Green函数建立边界元模型,通过对埋入式条形基础的动力反应分析,探讨了底部水平人工边界的合理位置,提出了相应的建议。  相似文献   

8.
弹性力学问题的一种新解法邹广德,沈玉凤(山东工程学院,淄博255012)对于弹性力学问题,常常采用边界积分方程的间接解法,将假想作用在边界上的虚拟力作为未知量,故也称虚拟力法。这种方法与边界积分方程的直接解法一样,存在奇异积分,且边界附近精度较低。为...  相似文献   

9.
基于比例边界有限元法和连分式展开推导了无限域弹性动力分析的求解方程,实现了一种局部的高阶透射边界. 采用改进的连分式法求解无限域的动力刚度矩阵,克服了原连分式算法可能会造成矩阵运算病态的问题. 该局部高阶透射边界在时域里表示为一阶常微分方程组,其稳定性取决于其系数矩阵的广义特征值问题. 如果出现虚假模态,采用移谱法来校正系数矩阵以消除虚假模态. 通过两个算例验证了该高阶透射边界的精确性、鲁棒性.  相似文献   

10.
局部透射边界和叠加边界的精度分析与比较   总被引:5,自引:0,他引:5  
关慧敏  廖振鹏 《力学学报》1994,26(3):303-311
本文研究了出平面和平面内波动在局部透射边界和叠加边界的反射系数,在研究中考虑了时空离散化的影响及反射波本身对反射系数的影响.采用一维有限元离散模型讨论了两种边界的阶数对反射系数的影响.通过比较这两种边界的反射系数得出以下结论:局部透射边界在有限元波动模拟中的精度高于叠加边界,且其优越性随着边界阶数的增加而提高。  相似文献   

11.
流体饱和多孔介质黏弹性动力人工边界   总被引:6,自引:2,他引:4  
王子辉  赵成刚  董亮 《力学学报》2006,38(5):605-611
基于Biot流体饱和多孔介质本构方程,分别考察具有辐射阻尼性质的外行柱面波和球 面波在圆柱面和球面人工边界上引起的法向、切向应力的表达式. 在应力表达形式上,固相 介质和孔隙流体的法向和切向应力都是由两项组成,它们分别与质点的位移和速度成正比, 因此,可在人工边界的法向和切向设置连续分布的并联弹簧------黏滞阻尼器,用来模拟人工边 界以外的无限域介质对来自有限计算域的外行波动的能量吸收作用,从而形成了流体饱和多 孔介质的黏弹性动力人工边界. 流体饱和多孔介质的黏弹性动力人工边界可方便地与大型通 用软件结合,用于分析饱和土中复杂的结构-地基动力相互作用问题. 算例表明流体饱和多 孔介质黏弹性动力人工边界具有较好的精度和稳定性.  相似文献   

12.
黏弹性人工边界单元是目前常用的处理半无限空间波动问题的数值模拟方法,可有效吸收计算区域内产生的外行波动.黏弹性人工边界单元具有与内部介质不同的质量密度、刚度和阻尼,受其影响,对整体模型进行显式时域逐步积分时,在边界区域易发生失稳现象,影响整体系统显式积分的计算效率. 针对该问题目前尚无行之有效的解决方法.本文针对二维黏弹性人工边界单元,建立可代表整体系统典型特征的侧边子系统和角点子系统,利用传递矩阵谱半径分析方法,基于传统中心差分格式,推导得到局部子系统稳定性条件的解析解.在此基础上通过研究解析解中各物理参数对稳定性条件的影响,给出通过增加人工边界单元的质量密度,以改善采用黏弹性人工边界单元时显式算法稳定性的方法.均匀和成层半空间波动问题算例分析表明,将内部单元质量密度设置为人工边界单元质量密度的上限,可以在保证黏弹性人工边界计算精度的前提下,有效改善整体系统显式时域逐步积分的数值稳定性,大幅提高计算效率.  相似文献   

13.
结构-地基系统静-动力联合分析模型   总被引:1,自引:1,他引:0  
以有限区域模拟无限区域的动力计算必须考虑边界上波的传播效应,应不使波在边界上发生反射再返回到计算域中,并且应考虑初始静力场对其动力反应的影响。因此,基于无限元的静、动力特性提出静-动力统一无限元,通过算例验证无限元静-动力统一人工边界在静-动力联合分析模型中的精度和稳定性。结果表明:无限元静-动力统一人工边界在静力、动力及静-动力联合分析模型中具有很高的精度和良好的稳定性,突破了传统动力人工边界不能兼顾静力效应的局限。  相似文献   

14.
数值模拟是解决土-结构动力相互作用问题的重要手段,而合理地实现地震波动输入直接影响地震作用下土-结构动力相互作用问题数值模拟的精度。波动法是目前常用的地震动输入方法之一,该方法将输入地震动转化为人工边界上的等效荷载,相较于其他地震动输入方法,波动法模拟精度高,但实施上相对复杂。从有限元模型入手,推导了采用波动法确定等效输入地震荷载的另一种形式,以此为基础,提出了一种在人工边界上实现地震动输入的新方法。新方法通过对土-结构有限元模型中由包含人工边界节点的单元组成的子结构施加自由场位移时程并进行动力分析,直接获得可实现地震波动有效输入的等效荷载,然后将等效输入地震荷载施加在土-结构模型的人工边界节点上,从而完成土-结构动力相互作用问题分析中地震动输入和地震反应计算。与原有波动法相比,新方法避免了需分别计算人工边界上自由场应力和由引入人工边界条件带来的附加力,以及需要根据不同人工边界面确定荷载的作用方向等较为复杂的处理过程,具有等效地震荷载计算简便、地震动输入过程更易于实施的特点。采用竖直入射和斜入射地震波动作用下的弹性半空间和成层半空间地震反应算例验证了新方法的有效性。   相似文献   

15.
16.
The numerical solution of the fluid flow governing equations requires the implementation of certain boundary conditions at suitable places to make the problem well‐posed. Most of numerical strategies exhibit weak performance and obtain inaccurate solutions if the solution domain boundaries are not placed at adequate locations. Unfortunately, many practical fluid flow problems pose difficulty at their boundaries because the required information for solving the PDE's is not available there. On the other hand, large solution domains with known boundary conditions normally need a higher number of mesh nodes, which can increase the computational cost. Such difficulties have motivated the CFD workers to confine the solution domain and solve it using artificial boundaries with unknown flow conditions prevailing there. In this work, we develop a general strategy, which enables the control‐volume‐based methods to close the outflow boundary at arbitrary locations where the flow conditions are not known prior to the solution. In this regard, we extend suitable conservative statements at the outflow boundary. The derived statements gradually detect the correct boundary conditions at arbitrary boundaries via an implicit procedure using a finite element volume method. The extended statements are validated by solving the truncated benchmark backward‐facing step problem. The investigation shows that the downstream boundary can pass through a recirculation zone without deteriorating the accuracy of the solution either in the domain or at its boundaries. The results indicate that the extended formulation is robust enough to be employed in solution domains with unknown boundary conditions. Copyright © 2006 John Wiley & Sons, Ltd.  相似文献   

17.
成层半空间出平面自由波场的一维化时域算法   总被引:7,自引:0,他引:7  
刘晶波  王艳 《力学学报》2006,38(2):219-225
提出了一种计算出平面SH波斜入射时弹性水平成层半空间中自由波场时域计算的一维化有 限元方法. 在进行有限元网格划分时,竖向单元取满足有限元模拟精度的任意尺寸,水平向 网格尺寸由时间离散步长和水平视波速确定,并自动进行虚拟网格划分. 基底设置人工边界, 并将波动输入转化为等效荷载施加在边界节点上. 然后将集中质量有限元法和中心差分法相 结合建立节点运动方程,并将水平方向相邻节点的运动用该节点相邻时刻的运动表示,从而 将求解节点运动的二维方程组转化为一维方程组. 求解此方程组,即得到自由场中竖向一列 节点的运动. 最后根据行波传播的特点,可方便地确定全部自由波场. 理论分析和数值算例 表明,该方法具有较高的精度和良好的稳定性.  相似文献   

18.
无限域流体介质的波动辐射效应是影响海域工程动力反应的重要因素,人工边界是实现此类开放系统近场波动问题数值分析的有效方法.基于位移格式的流体波动理论推导开放域流体介质的人工边界,分别给出一维、二维和三维空间中平面波、柱面波和球面波的流体介质动力人工边界条件,其中一维平面波动人工边界为经典的黏性边界,二维柱面波、三维球面波的人工边界处节点应力与节点速度和加速度成正比,可等效为由阻尼与质量系统构成的人工边界条件.讨论相应的数值模拟技术,给出流体介质动力人工边界在ANSYS软件平台的具体实现方法.近场流体介质动力反应问题的算例表明,所发展的流体动力人工边界对于轴对称波动与非轴对称波动在近场有限域截断处的透射吸收作用的模拟计算精度均较为良好,说明此流体介质人工边界具有较高的可靠性与实用性.所发展的流体介质动力人工边界可较为方便地与大型商用有限元软件结合,可为包括海域地形和海岛在内的海域工程的动力分析提供一定的方法借鉴.  相似文献   

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