拱坝—地基动力体系的简化计算模型及其在地震作用上的动力反应分析

通过对拱坝地基的半夫限空间动力体系的分析,提出了拱坝－地基动力相互作用问题的简化求解途径,并结合小湾拱坝进行了实验分析。结果表明,这种直接应用于时域求解的简化模型,既反映了影响相互作用的主要因素,又使计算工作量大大减少,结果可靠合理,便于工程上的推广应用,同时为进一步进行非线性体系在时域中的简化计算打下了基础。     

拱坝—地基体系的多点输入虚拟激励法及随机响应分析

本文采用等效地基集总参数模型,推导了拱坝－地基体系多点输入随机分析的虚拟激励法对拱坝－地基动力相互作用体系在多点随机输入地震波作作下的随机的响应进行 分析,讨论了局部场地的散射效应及地震动空间相干性质损失对拱坝随机响应的影响。     

考虑混凝土应变率变化的高拱坝非线性动力响应研究

提出一种新的应变率相关的混凝土非线性弹塑性损伤模型。采用此模型对混凝土拱坝的非线性地震响应作了分析。在综合考虑坝-地基-库水动力相互作用和坝缝非线性接触的基础上，着重研究了混凝土应交率相关效应及加载历史对混凝土极限强度等重要参数及拱坝响应的影响，并与采用不考虑应交率影响的混凝土损伤模型计算结果进行了对比分析。结果表明，拱坝考虑横缝作用后的坝面应变率分布不同于整体拱坝。应交率分布形态不仅可以很好地表征拱坝的振动形态，而且对于高拱坝的动力响应的影响也不可忽略。     

横观各向同性饱和多孔半空间与梁的动力相互作用

通过引入三个标量函数,结合Fourier变换,首先将横观各向同性饱和多孔半空间的基本方程组简化为一个6阶控制方程和一个2阶控制方程;求解这两个控制方程,给出了横观各向同性饱和多孔半空间相关物理量的解析表达式.利用带扩展项的正弦级数解答,在将梁下地基表面沉降也展成正弦级数后,结合板-地基的相容条件(连续条件),对横观各向同性饱和多孔半空间与有限长梁的动力相互作用问题进行了分析、计算.另外,利用Fourier变换,对横观各向同性饱和多孔半空间与无限长梁的动力相互作用问题进行了分析.     

横观各向同性饱和多孔半空间与圆板的动力相互作用

对横观各向同性饱和弹性半空间地基与弹性薄圆板的动力相互作用问题进行了系统地分析.板的挠度、荷载、地基反力及板下地基表面的沉降均被展开为二重Fourier-Bessel级数,这些级数中的待定系数由板的边界条件、板的控制方程及板-地基的相容条件加以确定,从而将饱和弹性半空间地基与弹性薄圆板的动力相互作用问题转化为数值积分和代数方程组的求解问题.数值计算表明,该级数解答具有较快的收敛速度.可以将该方法推广到弹性半空间与梁、矩形板相互作用问题的分析.     

变截面梁动力响应的频域传递矩阵计算方法

为提高变截面梁振动分析的计算效率,提出了基于频域传递矩阵法的动力计算算法．首先,选择线速度、角速度、弯矩和剪力作为求解变量,通过Laplace变换将变截面梁的动力响应时域偏微分方程转换为频域常微分方程;然后,通过求解频域方程并结合协调和边界条件建立变截面梁的频域传递矩阵;通过构造傅里叶级数展开形式的时域响应函数,对变截面梁传递矩阵方法求解的频响函数进行Laplace逆变换,建立了变截面梁的固有特性计算和时域瞬态响应计算方法,最后,借助数值仿真软件,开发了变截面梁动力响应分析的计算程序．完成对算例的仿真计算和分析,并与有限元计算结果进行对比,数值结果验证了该方法的正确性和有效性．     

层状地基任意形状刚性基础动力响应求解

提出了基于积分变换、对偶方程与精细积分算法求解多层地基任意形状刚性基础的动力刚度问题. 首先在频率波数域内圆柱坐标体系中利用圆形微元的对称与反对称特性建立多层地基中格林影响函数的波动方程,然后将应力和位移关系表示成对偶形式进行精细积分求解以提高计算精度和稳定性. 再将任意形状刚性基础与地基的交界面离散化为一系列圆形微元,利用格林影响函数建立其平动与转动动力刚度的矩阵方程. 该求解方法高效、准确并且计算稳定,适于任意复杂多层地基任意形状基础动力刚度的计算.      

单桩横向非线性惯性响应简化分析计算方法

根据已建立的地基土-单桩系统横向非线性动力相互作用的简化分析模型，在动力Winkler模型的基础上，研究单桩横向非线性惯性响应。简化模型中．地基土对桩轴的横向非线性作用力．由非线性迟滞退化弹簧模拟，地基土在运动过程中的能量耗散，由与弹簧并联的粘壶模拟。利用有限元空间离散技术和Newmark-β法，讨论了横向惯性荷载作用下．单桩运动方程在时域中的求解方法。计算结果表明，该模型能够反映单桩非线性惯性响应的主要特征。能够揭示各种非线性因素，如：桩周土的迟滞效应、退化、屈服，以及土-桩界面的分离等，对单桩惯性响应的影响。计算结果与试验结果相当吻合。     

弹簧地基上大直径单桩海上风机的一阶自振频率

自振频率是海上风机前期动力设计的主要难点之一,计算精度要求极高,而桩-土相互作用对自振频率影响显著。目前,针对桩-土相互作用普遍采用弹簧地基简化模型,为对比分析不同弹簧地基简化模型的准确性和精度,本文采用回传射线矩阵法,建立固定端、单弹簧、双弹簧和三弹簧这4种地基简化模型,基于Bernoulli-Euler梁理论和Timoshenko梁理论,求解风机系统的自振频率,并与风机基频实测值作对比,进一步分析三弹簧简化地基模型中地基旋转刚度、地基耦合刚度和地基水平刚度对风机系统基频的影响。研究结果表明,桩-土相互作用不可忽略,三弹簧地基简化模型计算风机系统基频精度最高;地基刚度对风机系统基频的敏感性次序为,地基耦合刚度>地基旋转刚度>地基水平刚度;当地基旋转(水平)刚度较小时,地基耦合刚度与地基旋转(水平)刚度的耦合效应对风机系统的基频影响较大;地基耦合刚度与地基旋转刚度的耦合效应对风机系统基频的影响程度大于地基耦合刚度与地基水平刚度的耦合效应。     

散粒体-贮仓结构-地基的动力特性分析

以筒仓模型结构为例，考虑到散粒体-结构-地基的相互作用，对弹性地基上筒仓内的散粒体的不同计算模型进行了多种工况、系统的有限元动力分析计算。通过与筒仓模型动力实验结果进行了比较，得出结论：在对地基施以水平激励时，弹性地基上筒仓的动力响应大于刚性地基上筒仓的动力响应，散粒体与仓壁的相对运动对筒仓结构有减振作用。     

考虑动水压力和流固耦合的库水-坝体-地基系统建模与动力分析

结合动水压力模型和罚函数耦合算法，考虑地基和坝体结构的接触以及边界效应，构建动水压力和流固耦合作用下的库水-坝体-地基地震响应分析模型和方法。通过与试验结果及解析解和实测数据对比，验证了本文模型和方法能准确反映系统地震荷载和分析整体耦合系统的动力响应，引入罚函数处理流固耦合界面能提高计算收敛速度。进一步以某重力坝工程实际为背景，验证本文构建的模型和方法适用于库水-坝体-地基耦合系统动力分析的可行性，并分析了地震作用下地基变形对系统动力响应的影响。     

单桩竖向动力阻抗计算模型研究

运用土动力学和结构动力学原理,同时考虑桩周土的弱化效应和桩-土界面的相对滑移效应,利用数理方程方法分别求解单桩与桩周近场土域及远场土域的振动方程,建立了竖向荷载作用下单桩动力阻抗函数的简化计算方法,提出了一种改进的非线性动力Winkler模型,确定了模型中各物理元件的参数,进而通过对比分析验证了计算模型的合理性,从而为桩-土-上部结构耦合系统的非线性分析奠定了基础。     

水坝在水流作用下动力响应的一种分析方法

以广东某水坝为研究对象,给出一种基于Fluent平台和Ansys平台进行结构动力响应分析的方法。首先采用基于YOUNGS界面重构技术的VOF模型,对流动进行数值模拟,成功捕捉了闸门开启过程中自由面的变化,比较了在三种落差情况下水坝的受力差异。计算表明,即使在上游平稳的入流条件下,水坝所受到的湍流水压力也会出现波动现象,水压力对坝体的冲击为低频作用,下游水位的升高会减缓水压力的波动,这些特点都与现场观察的相符。然后将水动力作为激励条件导入结构动力分析平台Ansys后,进一步对坝体结构进行动力分析。结构的模态分析结果与实测结果一致。因此,方法可以应用于实际。     

一种三维饱和土-基础-结构动力相互作用分析方法

地震波入射时土与结构动力相互作用分析是地震工程领域的重要问题.由于问题的复杂性,以往的研究大多考虑地基土为干土情形.而实际工程中,土体中经常充满孔隙水,土层往往是含水层或部分含水层.孔隙水对土层的地震反应影响较大,进而影响支撑于其上的基础和上部结构的响应.因此,有必要考虑饱和土-基础-结构动力相互作用问题.基于此,土体采用Biot模型,利用集中质量显式有限元方法并结合多次透射人工边界进行模拟;结构经有限元离散后,采用Newmark隐式时步积分方法进行分析,可通过ANSYS等有限元软件实现;基础假定为刚性,采用显式时步积分进行求解;土体和结构(及基础)可分别采用不同的时间步距;通过FORTRAN程序实现了三维饱和土-基础-结构系统在地震作用下的整体分析.从饱和多孔介质动力微分方程出发可知,干土是饱和土的特殊情形,通过将流体体积模量及孔隙率置为零,可将饱和土退化到干土,从而将干土统一到饱和土的计算框架中,通过土-结构相互作用算例对此进行了验证,进一步实现了干土与饱和土混合情形时的土-结构动力相互作用分析,使得问题的模拟更贴近实际工程(如考虑地下水位情形).通过算例对比了饱和土地基、干土地基、干土覆盖饱和土地基(考虑地下水位)情形时,土-结构相互作用对基础和结构响应的影响,结果表明地下水位对基础和结构响应的影响较大.     

有阻尼体系的时域边界元法

针对时域边界元方法的特点，提出了一种新的阻尼模型（称为比例时耗阻尼），并成功地应用于时域边界元方法中．这是在时域边界元方法中首次考虑阻尼这一影响结构动力响应的重要因素，为时域边界元在实际工程中的应用解决了一个难题．通过对简单问题的分析和计算，验证了本文模型的正确性．     

双参数地基上环板的非线性动力响应

研究双参数地基上环板的大挠度动力响应问题，给出了求解该问题的一种有效方法，即在空间域上运用摄动微分求积法处理非线性边值问题，在时间域上则以三点递推格式的Ｎｅｗｍａｒｋ－β法计算其动力响应。文中同时讨论了不同形式地基对环板在均布阶跃载荷作用下动力响应的影响。     

关于动力分析精细积分算法精度的讨论

对动力问题分析的精细积分算法的精度问题进行深入研究,并在此基础上提出对原有的算法的改进策略,改进后的算法可以较好地克服算法精度对积分时间步长的依赖性问题。     

A combined parametric quadratic programming and precise integration method based dynamic analysis of elastic-plastic hardening/softening problems

The objective of the paper is to develop a new algorithm for numerical solution of dynamic elastic-plastic strain hardening/softening problems. The gradient dependent model is adopted in the numerical model to overcome the result mesh-sensitivity problem in the dynamic strain softening or strain localization analysis. The equations for the dynamic elastic-plastic problems are derived in terms of the parametric variational principle, which is valid for associated, non-associated and strain softening plastic constitutive models in the finite element analysis. The precise integration method, which has been widely used for discretization in time domain of the linear problems, is introduced for the solution of dynamic nonlinear equations. The new algorithm proposed is based on the combination of the parametric quadratic programming method and the precise integration method and has all the advantages in both of the algorithms. Results of numerical examples demonstrate not only the validity, but also the advantages of the algorithm proposed for the numerical solution of nonlinear dynamic problems. The project supported by the National Key Basic Research Special Foundation (G1999032805), the National Natural Science Foundation of China (19872016, 50178016, 19832010) and the Foundation for University Key Teacher by the Ministry of Education of China     

大规模并行结构动力分析分层计算方法

多核分布式存储超级计算机的兴起为大规模并行结构动力分析提供了强有力的计算工具。根据多核分布式计算环境的特点,提出了一种大规模并行结构动力分析分层计算方法。该方法在传统隐式动力分析的区域分解法的基础上,利用两级分区和两次缩聚策略进行求解。不但通过进一步缩减求解问题规模有效提高了界面方程的收敛速度,而且通过三层并行计算有效提高了通信效率。该方法并不对有限元模型引入近似,属于精确的动力子区域分层计算方法。典型数值算例表明,该方法计算精度与商业软件ANSYS完全法求解精度相当;同传统区域分解法相比,该方法能够获得较高的并行计算性能。