非粘滞阻尼系统时程响应分析的精细积分方法

考虑一个具有非粘滞阻尼特性的多自由度系统响应的时程分析问题.该非粘滞阻尼模型假设阻尼力与质点速度的时间历程相关,数学表达式体现为阻尼力等于质点速度与某一核函数的卷积.在利用状态空间方法将系统运动方程转换成一阶的状态方程的基础上,采用精细积分方法对状态方程进行数值求解,得到一种求解该阻尼系统时程响应的精确、高效的计算方法.通过两个数值算例表明,采用该方法得到几乎精确的数值计算结果,而且计算效率有成数量级的提高.     

基于显式有限元方法的两相介质弹塑性动力反应计算分析

针对增量形式的流体饱和两相多孔介质弹塑性波动方程组,运用基于显式逐步积分格式的时域显式有限元方法对该波动方程组进行求解,并应用基于SMP破坏准则的弹塑性动力本构模型描述两相介质的动力反应性质,对两相介质在输入地震波作用下的弹塑性动力反应进行计算和分析,将计算结果与相应的弹性动力反应的计算结果进行对比;对本文应用的弹塑性...     

流体饱和多孔介质动力问题的显式时域解法

为了简化分析,Zienkiewicz等基于Biot理论,在忽略流体相对于土骨架运动的加速度条件下,建立了以土骨架位移u和孔隙流体压力p为基本变量的u-p格式饱和两相介质动力方程。针对该u-p方程,在空间上,采用伽辽金法有限元离散,并结合对角化形式的质量矩阵和流体压缩矩阵,忽略相邻结点间的惯性和流体压缩量间的耦合作用。在时域内,基于杜修力等提出的显式算法和Euler预估-校正法,建立了一种具有二阶精度的全显式时域积分法。采用一维饱和土模型,对比提出算法的数值解与Simon方法的解析解,发现两者吻合良好,验证了本文方法的正确性。并分析了饱和土二维动力问题,以及渗透系数和排水条件对饱和土动力响应的影响。     

离散精细时程积分的自适应求积算法研究

基于Hamilton体系下的精细时程积分方法,通过对载荷项进行离散,应用中值法使载荷项在时间步长内为常值,从而将非齐次动力方程转化为齐次动力方程,避免了矩阵的求逆运算;基于积分区间逐次半分的思想实现了任意时间步长的自适应求积。数值算例结果表明:在同等时间步长的非齐次系统中,精细时程积分的最大误差为中心差分法的2.8%,为Newmark法的2.2%,最大求解误差仅为0.029%。这充分说明了本文的离散精细时程积分的自适应求积算法具有很好的收敛性。     

连续时间线性约束LQ控制问题的时程精细积分方法

本文基于连续时间线性约束LQ控制问题,给出时段的消元公式。由于消元过程与消元次序无关,故可在此过程中引入2N类高精度时程积分方法,求出Riccati方程后,对状态向量进一步采用时程精细积分法,可确定系统非常精确的状态向量,该方法不仅保证了系统的计算精度,而且有很好的数值稳定性,数值例题说明了本文方法的有效性。     

两相介质中波在平面界面上的反射

借助Ｂｉｏｔ多孔介质中的波动方程，根据各种界面条件导出了波在两相介质各种界面上反射的一般计算公式。作为例子，数值计算了Ｐ１波入射于几种典型界面时，Ｐ１、Ｐ２和Ｓ波的反射系数与频率、入射角之间的关系。结果表明:各种波的反射系数与入射角、频率有关系，若把多孔介质当作单相均一固体处理，将会得到显著不同的结果。     

基于显式有限元方法的两相多孔介质地震反应研究

基于流体饱和两相多孔介质的弹性波动方程组,运用显式逐步积分格式与局部透射人工边界相结合的时域显式有限元方法对该波动方程组进行求解,对两相多孔介质在输入地震波作用下的弹性动力反应进行了计算和分析,以揭示两相多孔介质弹性地震反应的规律和性质.计算结果表明:两相介质弹性地震反应时程的波形与入射地震波的波形相同,且弹性地震反应的峰值出现的时刻对应于入射地震波的峰值出现的时刻.本文的数值计算同时表明了时域显式有限元方法在进行两相多孔介质地震反应计算分析时的有效性.     

考虑耦合质量影响的饱和多孔介质动力响应分析的显式有限元法

根据Biot饱和多孔介质动力方程,采用解耦技术,提出了考虑耦合质量Pd影响的饱和多孔介质中动力响应分析的显式有限元法。文中建立并推导了显式有限元的公式,编制了相应的计算程序并进行了实例计算。计算结果与解析解进行了对比,两者符合很好,表明本文方法是处理饱和多孔介质动力问题的一种有效方法。文中还分析了耦合质量ρa对固相和液相动位移的影响。     

流体饱和两相多孔介质拟静态问题的混合有限元方法

针对基于混合物理论的两相多孔介质模型,采用Galerkin加权残值有限元法,导出求解所静态问题的基于us-uF-P变量的混合有限元方程,由于系统方程的系数矩阵非定,进而针对该方程组提出了一种失代求解方法,并由分片试验得出节点压力插值函数的阶须低于固体相节点的位移插值函数的阶的结论,算例结果表明,采用基于u2-uF-p变量的混合法计算所得的固体相和流体相速度以及固体相的有效应力与罚方法一致,而压力值的粗度高于罚方法。     

建立两相流方程的动力论方法

本文从Boltzmann方程出发建立两相流基本方程。其中碰撞项的处理采用了类似于经典动力论在处理稠密气体输运性质时采用过的方法。动力论方法表明,在气固两相流中除通常的分压和分热流外,还存在碰撞压强和碰撞热流,它们同通常的分压和分热流有本质的差别。本文还讨论了二体碰撞假设和混沌假设在气固两相流中的适用性。     

含液多孔介质力学问题的边界元方法

提出了一种含液多孔介质力学问题的边界元求解方法.首先将问题分解为一系列含单孔流体夹杂的子问题,然后针对每个子问题建立了流体孔体积变化率与流体压力之问的函数关系,进一步采用边界元方法建立了以各流体孔压力为基本未知量的线性代数方程组,最后根据所求出的各流体孔的压力计算含液多孔介质内各点的位移、变形和应力.为了说明方法的有效...     

A wavelet finite-difference method for numerical simulation of wave propagation in fluid-saturated porous media

In this paper, we consider numerical simulation of wave propagation in fluidsaturated porous media. A wavelet finite-difference method is proposed to solve the 2-D elastic wave equation. The algorithm combines flexibility and computational efficiency of wavelet multi-resolution method with easy implementation of the finite-difference method. The orthogonal wavelet basis provides a natural framework, which adapt spatial grids to local wavefield properties. Numerical results show usefulness of the approach as an accurate and stable tool for simulation of wave propagation in fluid-saturated porous media.     

Penalty finite element method for nonlinear dynamic response of viscous fluid-saturated biphase porous media

ＩｎｔｒｏｄｕｃｔｉｏｎＴｈｅｐｏｒｏｕｓｍｅｄｉａｍｏｄｅｌｓｄｅｄｕｃｅｄｆｒｏｍｍｉｘｔｕｒｅｔｈｅｏｒｙａｒｅａｔｔｒａｃｔｉｎｇａｔｔｅｎｔｉｏｎｏｆｍｏｒｅａｎｄｍｏｒｅｒｅｓｅａｒｃｈｅｒｓｂｅｃａｕｓｅｉｔｉｓｂａｓｅｄｏｎｔｈｅｆｒａｍｅｏｆｃｏｎｔｉｎｕｕｍｍｅｃｈａｎｉｃｓ[1]ａｎｄｗｅｒｅｓｕｃｃｅｓｓｆｕｌｌｙｕｓｅｄｔｏｄｅｐｉｃｔｔｈｅｍｅｃｈａｎｉｃａｌｂｅｈａｖｉｏｒｓｏｆｓｏｉｌｓａｎｄｂｉｏｌｏｇｉｃａｌｓｏｆｔｔｉｓｓｕｅｓ[2 ,3].Ｗｉｔｈｔｈｉｓｔｙｐｅｏ…     

非均质饱和多孔介质弹塑性动力分析的广义耦合扩展多尺度有限元法

针对非均质饱和多孔介质弹塑性动力问题分析提出了一种广义耦合扩展多尺度有限元方法。首先,提出了基于细尺度等效刚度阵的粗尺度单元数值基函数构造方法,并给出了构造数值基函数的一般公式,所构造的耦合数值基函数有效考虑了动力相关效应与固液之间的耦合效应。其次,针对弹塑性非线性问题迭代求解,给出了基于摄动方法的位移与孔隙压强降尺度计算修正方案。最后,针对材料的强非均质特征,利用多节点粗单元技术来提高多尺度有限元方法的计算精度。通过与基于精细网格的传统有限元分析结果对比,验证了本文所提出方法的有效性与高效性。     

A coupled finite element model for the consolidation of nonisothermal elastoplastic porous media

A coupled finite element model for the analysis of the deformation of elastoplastic porous media due to fluid and heat flow is presented. A displacement-pressure temperature formulation is used for this purpose. This formulation results in an unsymmetric coefficient matrix, even in the case of associated plasticity. A partitioned solution procedure is applied to restore the symmetry of the coefficient matrix. The partitioning procedure is an algebraic one which is carried out after integration in the time domain. For this integration, a two-point recurrence scheme is used. The finite element model is applied to the investigation of nonisothermal consolidation in various situations.     

A higher resolution edge‐based finite volume method for the simulation of the oil–water displacement in heterogeneous and anisotropic porous media using a modified IMPES method

In this article, we present a higher‐order finite volume method with a ‘Modified Implicit Pressure Explicit Saturation’ (MIMPES) formulation to model the 2D incompressible and immiscible two‐phase flow of oil and water in heterogeneous and anisotropic porous media. We used a median‐dual vertex‐centered finite volume method with an edge‐based data structure to discretize both, the elliptic pressure and the hyperbolic saturation equations. In the classical IMPES approach, first, the pressure equation is solved implicitly from an initial saturation distribution; then, the velocity field is computed explicitly from the pressure field, and finally, the saturation equation is solved explicitly. This saturation field is then used to re‐compute the pressure field, and the process follows until the end of the simulation is reached. Because of the explicit solution of the saturation equation, severe time restrictions are imposed on the simulation. In order to circumvent this problem, an edge‐based implementation of the MIMPES method of Hurtado and co‐workers was developed. In the MIMPES approach, the pressure equation is solved, and the velocity field is computed less frequently than the saturation field, using the fact that, usually, the velocity field varies slowly throughout the simulation. The solution of the pressure equation is performed using a modification of Crumpton's two‐step approach, which was designed to handle material discontinuity properly. The saturation equation is solved explicitly using an edge‐based implementation of a modified second‐order monotonic upstream scheme for conservation laws type method. Some examples are presented in order to validate the proposed formulation. Our results match quite well with others found in literature. Copyright © 2016 John Wiley & Sons, Ltd.