基于有限元-时域分段自适应算法的围岩衬砌耦合渐进分析

以开挖时间、一衬时间、二衬时间划分时间区段,考虑围岩与衬砌为弹性/粘弹性介质,将围岩的“位移/应力释放不完全”、开挖等影响模拟为载荷的渐进释放,提出一个有限元-时域分段自适应算法,求解围岩衬砌耦合问题,并通过数值算例对算法进行了验证.所提方法给出了各时间区段的关联条件;可更准确描述各变量随时间的变化;同时将原时空耦合问题转化为一系列空间问题,并利用有限元方法递推求解;当步长变化时可通过自适应计算保证稳定的计算精度.此外,还建立了一个载荷渐进参数的反问题数值求解模型,并给出了相关算例.     

SH 波入射时半空间界面裂纹与圆形衬砌的相互作用

利用复变函数和Green函数法研究了双相介质半空间界面裂纹及界面附近圆形衬砌对SH 波的散射与动应力集中问题。首先,采用映像思想构造满足自由边界条件的散射波表达式,进而求解所需的Green函数;其次,采用裂纹切割技术构造裂纹,并根据连续性条件建立了求解该问题的无穷代数方程组;最后,给出了不同入射波数时界面裂纹与衬砌的相互作用。结果表明,裂纹的存在显著放大了衬砌界面的动应力集中。     

二维直角平面内固定圆形夹杂对稳态入射反平面剪切波的散射

利用复变函数法、多极坐标及傅立叶级数展开技术求解了二维直角平面内固定圆形夹杂对稳态入射反平面剪切（shearing horizontal, SH）波的散射问题。首先构造出介质内不存在夹杂时的入射波场和反射波场,然后建立介质内存在夹杂时由夹杂边界产生的能够自动满足直角边应力自由条件的散射波解,从而利用叠加原理写出介质内的总波场。利用夹杂边界处位移条件和傅立叶级数展开方法列出求解散射波中未知系数的无穷代数方程组,在满足计算精度的前提下通过有限项截断,得到相应有限代数方程组的解,最后通过算例具体讨论了二维直角平面水平边界点的位移幅度比和相位随量纲一波数、入射波入射角及夹杂位置的不同而变化的情况,结果表明了算法的有效实用性。     

含有部分脱胶的浅埋圆衬砌对SH波的散射

采用复变函数法研究了含有部分脱胶的浅埋圆形衬砌对SH波的散射问题.首先,将所研究的区域分成两个域,在圆形衬砌中构造一个满足脱胶部分应力自由的散射波函数,将其展开为含有一个待定系数的Fourier级数;而在介质半空间中应满足脱胶部分应力自由,公共边界处位移和应力连续的边界条件.然后,在"公共边界"上实施"契合",与此同时,可构造出脱胶结构,进而得到求解该同题的无穷代数方程组.最后,针对目前工程上应用较广的两种典型浅埋衬砌进行算例分析,给出了地表位移的数值结果,并讨论了入射波参数、脱胶位置以及埋深对地表位移的影响结果.     

纵向磁场抑制Richtmyer-Meshkov不稳定性机理

基于理想磁流体动力学方程组,采用CTU (corner transport upwind)+CT (constrained transport)算法,数值研究了磁场控制下R22气柱界面Richtmyer-Meshkov不稳定性的演化过程.结果描述了平面激波冲击气柱界面过程中激波结构和界面不稳定性的发展;无磁场时,流场结构与Haas和Sturtevant (Hass J F,Sturtevant B 1987 J. Fluid Mech. 181 41)的实验结果相符;施加纵向磁场后,激波结构的演化基本无影响,但明显抑制了气柱界面的不稳定性.进一步研究表明,激波与界面的作用,使磁感线在界面上发生折射,改变流场的磁场梯度,在内外涡量层上形成磁张力.磁张力的形成,对界面流体产生一个与速度剪切相反的力矩,抑制了界面的失稳及主涡的卷起.另外,磁张力沿界面分布的不均匀,改变磁感线在界面上的聚集程度,放大磁能量,最终增强磁场对气柱界面不稳定性的抑制作用.     

爆破作用下山岭隧道衬砌动态响应分析

基于数值计算方法,研究了在底部动载下拱桥铺山岭隧道衬砌的振动速度、应力以及弯矩的分布规律。得到在底部爆破动载作用下,隧道衬砌拱底振动速度峰值最大,其次是两帮,拱顶最小。随着动载作用时间推移,最大主应力越来越大,最小主应力先增大后减小;拱脚处受压较大,拱顶处受拉较大。随着底部动载的传播,最小弯矩和最大弯矩逐渐增大,直至动载趋于稳定时略有回落;隧道衬砌拱脚处负弯矩较大,隧道衬砌拱底处正弯矩较大。     

SH波对内含裂纹衬砌结构的散射及动应力集中

当衬砌结构内含裂纹时 ,采用Green函数的方法 ,研究了SH波对裂纹的散射及其动应力集中 ,构造了在含有半圆形衬砌的弹性半空间上 ,在水平面上任一点承受时间谐和出平面线源载荷作用时的位移函数作为Green函数 ;推导了SH波对衬砌内有裂纹的散射定解积分方程组 ,进而求得裂纹尖端的动应力因子 ,重点讨论了衬砌及周围介质对裂纹尖端动应力因子的影响 ,给出了介质参数变化对裂纹尖端动应力因子的影响曲线 ,为工程设计提供了依据。     

求解二维结构-声耦合问题的一种半数值半解析方法

基于传递矩阵法和虚拟源强模拟技术提出了一种求解在谐激励作用下二维结构-声相互作用问题的半数值半解析法.在足够小的积分步长内,文中对任意形状弹性环沿周向曲线坐标的非齐次状态微分方程组,建立了一种齐次扩容方法.对于外声场,采用多圆形虚拟源强配置方案,并在每一条圆形配置曲线上将源强密度函数用Fourier级数展开,同时结合快速Fourier变换法,提出了一种高精度、高效率求解任意形状二维孔穴Helmholtz外问题的快速算法.在耦合方程的求解方面,根据叠加原理,将外激励和虚拟源强的Fourier级数展开项作为广义力分别作用在弹性环上,借助齐次扩容方法和精细积分法求得弹性环的状态向量,再利用流固交接条件和最小二乘法直接建立了耦合系统的求解方程.文中给出了二个典型弹性环在集中谐激励力作用下声辐射算例,计算结果表明该文方法较通常采用的混合FE-BE法更为有效.     

AlGaInAs/InP coupled-circular microlasers

AlGaInAs/InP coupled-circular microlasers with radius of 10- and 2-μm width middle bus waveguide are fabricated by photolithography and inductively coupled plasma etching techniques. Room-temperature continuous-wave single-mode operation is realized with an output power of 0.17 mW and a side-mode suppression ratio of 23 dB at 45 mA. A longitudinal mode interval of 11 nm is obtained from the lasing spectra, and mode Q factor of 6.2×10 3 is estimated from 3-dB width of a minor peak near the threshold current. The mode characteristics are simulated by finite-difference time-domain technique for coupled- circular resonators. The results show that, in addition to the coupled modes, high-radial-order whispering gallery modes with travelling wave behaviors can also have high Q factors in the coupled-circular resonators with a middle bus waveguide.