固体—气幕—液体耦合问题的水弹性分析

论文对已有的流－固耦合问题的水弹性理论加以扩展，使之满足气泡振动方程、速度连续条件和压力连续条件，以建立固体－气幕－液体耦合问题的水弹性分析方法，用来解气幕中结构的振动问题。     

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。     

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。     

爆破与地震载荷下椭圆夹塞体的动态响应差异分析

爆破和地震两种类型的动力扰动特性不同,对地下回采充填体等夹塞体造成的应力波散射与应力重分布特征也存在差异。因此本文针对爆破与地震载荷下椭圆夹塞体的动态响应差异,基于马修函数和波函数展开法,引入雷克子波和针状波表征地震和爆破载荷,结合傅里叶变换和杜哈梅积分获得两种载荷下椭圆夹塞体的瞬态动态应力集中因子（dynamic stress concentration factor, DSCF）时变解析解。数值结果表明,爆破与地震载荷下的DSCF总是在椭圆夹塞的短轴两端取得最大值,但是地震相较爆破造成夹塞与围岩结构破坏的可能性更大,破坏能力更强。

     

高层建筑风振时地基土材料阻尼比取值范围的初探

高层建筑风振响应分析中考虑土与结构相互作用后地基土的材料阻尼比幅值是多少,这是考虑土与结构相互作用对高层建筑结构风振响应有利还是不利的关键问题.通过对无桩基桩架-剪力墙结构的顺风向风振响应分析,发现考虑土-结构相互作用时结构基础底面土体的动剪应变幅值处于弹性应变范围,根据土动力学中土的动剪应变与土的阻尼比的关系,土体的材料阻尼比较小,其值不超过0.03,据此计算出相应的结构最大层间位移和结构顶层的最大加速度比将地基视为刚性的结构有较大增长;因此,在高层结构风振响应分析中应考虑土-结构相互作用的影响.文章通过实例分析给出无桩基高层建筑土体材料阻尼比的建议值,该研究为有桩基高层建筑的土体材料阻尼比的计算提供了借鉴.     

埋入水中旋转薄壳谐耦振分析的传递矩阵法

基于一般线弹性薄壳和势流理论,导出了旋转壳状态向量的一阶常微分矩阵方程和水动压力表达式,再借助齐次扩容技术和精细积分法,应用推广的传递矩阵法对埋入水中旋转薄壳的流固耦振进行了数值求解,并研究了一些因素对精度的影响.算例表明传递矩阵法和有限元方法相比不仅精度良好,而且有较高的计算效率.     

基于动量原理的大坡度沥青路面动水压力计算及影响因素分析Calculation and influence factors analysis for hydrodynamic pressure of asphalt pavement with large slope based on momentum theorem

在多雨地区长大纵坡沥青路面是雨天事故多发区域。应用动量定理,建立了沥青路面动水压力的力学计算模型,并系统分析了车辆荷载、行车速度和道路纵坡对动水压力的影响。结果表明,当水膜厚度＜3 mm时,动水压力随车速及车辆荷载的增大而增大,上坡时,动水压力随着纵坡坡度的增大而增大,下坡时,动水压力随着纵坡坡度的增大而减小。当水膜厚度＞3 mm时,动水压力随车速、车辆荷载增大而增大,上坡时,动水压力随着纵坡坡度的增大而增大,下坡时,动水压力随着纵坡坡度的增大呈先缓慢增加然后又缓慢减小的变化趋势;无论是上坡还是下坡,动水压力都随着车轮半径的增大而增大。本研究成果为多雨地区长大纵坡沥青路面重载交通高速行车易发生交通事故提供了理论分析依据。     

黏弹性土层中单桩纵向振动的对比分析

在频率域内研究了黏弹性土层中端承桩纵向振动的动力特性.将土骨架视为具有分数阶导数本构关系的黏弹性体,基于黏弹性理论,采用平面应变模型给出了分数阶导数黏弹性土层的动力阻抗.考虑桩纵向振动时的横向惯性效应,将桩等效为Rayleigh-Love杆,得到了桩头动力复刚度和导纳的解析表达式.通过数值计算,分析了不同模型土条件下桩头动刚度因子和阻尼随激励频率的动力响应.同时,研究了Rayleigh-Love和Euler-Bernoulli两种模型桩动力特性的差异.分析了桩-土界面连续性模型和相对滑移模型对黏弹性土层中桩纵向振动的影响.结果表明:1随着阶数和材料参数比的增加,桩头刚度因子和阻尼明显减小;2对于大直径桩,随着外荷载激励频率的增加,桩横向效应对刚度因子和阻尼有显著影响.3连续性模型条件下桩头的刚度因子和阻尼在共振时的振幅小于相对滑移模型条件.     

土-结构动力相互作用分析中基于人工边界子结构的地震波动输入方法

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。