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A numerical approach for modeling near-fault ground motion and its application in the 1994 Northridge earthquake 总被引：2，自引：0，他引：2
An approach for simulating near-fault ground motion was presented by combining the finite fault model with a numerical algorithm, named investigated lump method presented in this paper for wave propagation. The investigated lumps are constructed from the auxiliary quadrilateral grids. The dynamic equilibrium equations of a typical investigated lump have been derived and obtained by integrating the stresses along the contour of the investigated lump. The stresses are calculated using the constitutive relations and the interpolation techniques. The investigated lump method is then implemented using the equilibrium equations of investigated lumps and the calculations of stresses alternately in time domain. The stability criterion of the algorithm has been given. Comparisons with the discrete wave-number method solutions for predicting the ground motions at the Pacoima Dam during the San Fernando earthquake show the validity of the method presented in this paper for simulating near-field ground motions. A finite fault source model has been implemented in the algorithm here. The source parameters given by Wald et al. (1996) [18] are applied to synthesize the ground motions at three stations during the 1994 Northridge earthquake. The simulating results qualitatively match to the corresponding ground motion records. The studies demonstrated that the approach presented in this paper is an effective tool for the numerical simulation of near-fault ground motion. 相似文献
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The incident steady-state SH waves in the neighbourhood of a boundary node point are first expanded in terms of a few plane waves at different incident angles, the motion of the boundary point is then related to those of its adjacent node points to form the multi-directional transmitting boundary conditions, which reduce reflections from the boundary over the entire range of incident angles. This feature of the boundaries is demonstrated by finite element computations of SH motions of a layer fixed at its base, in which the incident wave may travel parallel to the boundary as the frequency of excitation approaches one of the natural frequencies of the system. 相似文献
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多次透射公式实用形式稳定性分析 总被引：1，自引：1，他引：0
景立平 《地震工程与工程振动》2004,24(4):20-24
本文以二维出平面波动方程为例,利用数值方法研究了多次透射公式的实用形式的稳定问题,结果表明：多次透射公式的实用形式与波动方程的集中质量显式有限元结合,不但存在零频漂移,而且同样存在高频振荡失稳,而与中心差分方法结合仅存在零频漂移失稳。 相似文献
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波动在有限元离散模型中传播时,会出现许多不同于连续介质中波动的现象.本文引用经典物理学中晶格动力学的分析方法,由有限元离散形式的出平面波动方程得到频散关系,在此基础上,讨论了集中质量有限元模型中各种可能的出平面运动形式,并分析了考虑时域离散化影响下各种形式可能存在的频率范围. 相似文献
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近年来,随着地震波数值模拟对计算精度和效率的要求越来越高,间断有限元方法开始受到越来越多的关注.本文中,针对具有吸收边界条件的二维地震声波波动方程,作者提出了一种基于局部间断有限元方法的数值模拟算法.该算法在空间上使用局部间断有限元方法进行离散,在时间上采用了显式蛙跳格式.在这种时空离散的组合方式下,每个时间步上,此算法在空间剖分的每个单元上的求解计算是相互独立的,因而具有极高的并行性.通过数值算例,我们将该算法与连续有限元方法进行了比较.结果表明,本算法不仅具有对起伏构造的良好适应性,而且在计算效率和计算精度等方面,都具有优越性. 相似文献
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大型结构地震反应值模拟中的波动输入 总被引：11，自引：6，他引：11
解耦的时域有限元数值模拟技术在考虑土－结构相互作用的大型结构地震反应分析中的应用日趋成熟。为完善其中的波动输入技术，本提出 了一种波动输入时步数值模拟的简便方法，替换对自由场的频域计算，从而使结构反应分析可以完全通过时步数值模拟实现。同时，通过数值实现，对这一实施方案的有效性进行了检验。 相似文献
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就大型近场波动的高效数值模拟而言,稳定实现高阶人工边界是一个尚未圆满解决的问题.本文针对使用多次透射公式的SH波动集中质量有限元模拟,依据GKS定理的群速度解释,进一步阐明了人工边界与内域离散格式耦合所导致高频失稳的机理,即两者支持群速度指向内域的外行高频平面谐波,波动能量自发地从人工边界进入內域,从而导致失稳,而这类谐波是由集中质量有限元离散引入的.本文提出了消除此种耦合失稳的一种方法:通过修改有限元刚度阵来改变内域离散格式,并保证修改格式的精度不低于原有格式的精度.理论分析和数值实验表明此法能稳定实现透射边界.本文研究结果具有推广应用前景. 相似文献
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本文讨论的是没有强震资料的地区在做地震动模拟时遇到的一些问题。模拟的地震动时程曲线基于统计的衰减数据,如地面加速度峰值或速度反应谱。由于这些数据并不包含有关地震频率成分的信息,要使用相同的统计反应谱对地震动可以随机模拟为稳态或准稳态的设想加以证明。 相似文献
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近地空中爆炸作用下钢框架结构冲击响应 总被引：2，自引：0，他引：2
采用多物质欧拉与拉格朗日耦合算法,对框架结构和混凝土地面采用Lagrange单元、空气和炸药采用多物质ALE单元,建立流固耦合有限元模型,对一个五层的钢框架结构在近地爆炸作用下冲击压力波的传播过程、结构冲击响应和变形以及破坏过程进行了数值模拟.数值模拟分析结果表明,拉格朗日-欧拉耦合算法较好地模拟了爆炸冲击波在介质中的传播和作用在结构上的爆炸荷载效应.在爆炸近区,空气爆炸冲击波的衰减速率快;爆炸产生强烈的冲击波首先使钢框架结构正面的柱和梁柱节点区产生很大的塑性变形,钢框架柱在发生爆炸的瞬间失去承载能力,最终导致建筑物整体倒塌.考虑结构变形和流体荷载间的相互影响可以较真实地模拟结构在爆炸荷载作用下的连续倒塌过程,为研究结构在爆炸荷载作用下的连续倒塌提供了有效手段. 相似文献
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为实现地震作用下土-结构动力相互作用问题的有限元模拟,需要在人工边界上完成地震动的有效输入,目前工程和科研中常用的地震动输入方法有两种:波动输入方法和振动输入方法。波动输入方法的模拟精度高,但实施上相对复杂且耗时,而振动输入方法处理简单,但模拟精度较低。针对应力型人工边界提出一种在人工边界上实现地震动输入的新方法,该方法通过对土-结构有限元模型中由人工边界节点及相邻节点组成的局部子结构施加自由波场位移时程并进行动力分析,从而直接获得可实现地震波动有效输入的等效地震荷载,然后在土-结构有限元模型的人工边界节点上施加等效输入地震荷载并完成动力计算,由此完成土-结构动力相互作用问题的地震动输入和地震反应计算。与原有波动输入方法相比,新方法避免了原方法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引起的附加力,以及需要根据不同人工边界面的外法线方向确定荷载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。采用均匀弹性半空间和成层弹性半空间一维地震反应算例初步验证新方法的正确性和可靠性。 相似文献
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Transient analysis of 1D inhomogeneous media by dynamic inhomogeneous finite element method 总被引：1，自引：1，他引：0
The dynamic inhomogeneous finite element method is studied for use in the transient analysis of one dimensional inhomogeneous media. The general formula of the inhomogeneous consistent mass matrix is established based on the shape function. In order to research the advantages of this method, it is compared with the general finite element method. A linear bar element is chosen for the discretization tests of material parameters with two fictitious distributions. And, a numerical example is solved to observe the differences in the results between these two methods. Some characteristics of the dynamic inhomogeneous finite element method that demonstrate its advantages are obtained through comparison with the general finite element method. It is found that the method can be used to solve elastic wave motion problems with a large element scale and a large number of iteration steps. 相似文献
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Introduction In linear elastic medium,motion equation for lumped-mass finite element simulation of wave motion is expressed as(LIAO,2002)∑=+lililii ttGtM)()()(FUU&&(1)where Mi is lumped-mass at node i,Gil is stiffness coefficient of node i with respect to node l,üi(t)is acceleration vectors at node i,Ul(t)is displacement vectors at node l,Fi(t)is the external nodal force vectors acting at node i.If acceleration vectorsüi(t),displacement vectors Ul(t)and the external nodal force vectors… 相似文献
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波动问题有限元离散后会引起数值误差, 数值频散的本质就是数值误差传播引起的非物理解. 数值频散不仅没有实际意义, 而且还会影响对真实波动现象的认识. 为厘清有限元三角网格中波动数值频散的影响因素, 本文推导了集中质量矩阵和一致质量矩阵的频散函数, 同时给出了组合质量矩阵的频散函数, 并对不同质量矩阵的数值频散进行了对比研究. 理论分析和数值计算结果表明: 有限元三角网格中波动的数值频散受网格布局、 波传播方向、 单元网格纵横比以及质量矩阵的影响; 一致质量矩阵的数值频散比集中质量矩阵更易受到波传播方向的影响; 不合理的三角网格单元会对数值相速度(数值频散)产生不良影响; 正三角网格中波动的数值频散几乎不受波传播方向的影响; 一致质量矩阵与集中质量矩阵的线性组合能够有效地压制数值频散. 相似文献
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Numerical analysis of seismic wave amplification in Nice (France) and comparisons with experiments 总被引：1，自引：0，他引：1
The analysis of site effects is very important since the amplification of seismic motion in some specific areas can be very strong. In this paper, the site considered is located in the centre of Nice on the French Riviera. Site effects are investigated considering a numerical approach (Boundary Element Method) and are compared with experimental results. The experimental results are obtained thanks to real earthquakes (weak motion) and microtremor measurements. The investigation of seismic site effects through numerical approaches is interesting because it shows the dependency of the amplification level on such parameters as wave velocity in surface soil layers, velocity contrast with deep layers, seismic wave type, incidence and damping.In this specific area of Nice, experimental measurements obtained for weak motion lead to strong site effects. A one-dimensional (1D) analytical analysis of amplification does not give a satisfactory estimation of the maximum reached levels. A boundary element model is then proposed considering different wave types (SH, P, SV) as the seismic loading. The alluvial basin is successively assumed as an isotropic linear elastic medium and an isotropic linear viscoelastic solid with Zener type behaviour (standard solid). The influence of frequency and incidence is analysed. The thickness of the surface layer, its mechanical properties, its general shape as well as the seismic wave type involved have a great influence on the maximum amplification and the frequency for which it occurs. For real earthquakes, the numerical results are in very good agreement with experimental measurements for each motion component. The boundary element method leads to amplification values very close to the actual ones and much larger than those obtained in the 1D case. Two-dimensional basin effects are then very strong and are well reproduced numerically. 相似文献
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本文讨论了弹性波瞬态传播问题的三维有限元计算方法及当前存在的实际困难.针对要求计算机内存大和计算时间长的问题,采取了改进措施.由于采用了集中质量矩阵和修正的中心差分时间积分显格式相结合的方法,可以使计算机内存和计算时间大为减少;由于采用结点定位法,最适合用于目前发展的并行计算机系统,可使计算速度大大增快;还采用了有效激发震源法,有效激发区是随时间步进的增加而逐步增大,这不仅能节省计算时间,而且使波场的传播过程一目了然,本文计算了由两种介质组成的三维楔形问题,得到若干典型剖面的瞬时波场图及随时间变化的合成地震图. 相似文献
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基于JC法的地下结构动力可靠性研究 总被引：1，自引：0，他引：1
基于JC法提出了地下结构的动力可靠性分析方法,建立地基土-地铁隧道非线性动力相互作用的有限元分析模型,将地基土-地铁隧道结构体系视为平面应变问题,采用Davidenkov动力本构模型和动塑性损伤模型,分别模拟土体和车站结构混凝土的动力特性,分析在地震动作用下地铁隧道结构的应力特性,进一步研究其动力可靠性,得到隧道结构的可靠度和可靠指标,以此评价地铁隧道结构的可靠性。结果表明：隧道结构上部右侧45°位置处的可靠性最低,下部右侧45°位置处的可靠性较低,这与隧道结构的拉应力反应的分析结果一致;基岩输入近断层地震动Northridge波和Chi-chi波时,由于地震波的脉冲效应,隧道结构的动力可靠性最低;总体而言,在0.1 g和0.2 g地震动作用下,隧道结构的可靠性足够,结构安全可靠。 相似文献
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高科技厂房精密仪器工作平台的微振混合控制 总被引：2，自引：1，他引：1
车辆运行过程中引起的竖向地面微幅振动是影响高科技厂房精密仪器正常运行的重要因素。本文采用隔振与主动控制相结合的混合控制系统,以高科技厂房及精密仪器工作平台的有限元动力方程为基础,采用子优化控制方法建立了高科技厂房及精密仪器工作平台的分析模型,探讨了车辆运行所引起的高科技厂房精密仪器工作平台竖向微幅振动的混合控制分析方法。一座典型的三层高科技厂房的算例分析表明,采用混合控制方法能够有效地减小高科技厂房精密仪器工作平台的竖向微幅振动。 相似文献