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比例边界有限元方法是一种半解析的数值计算方法，具有降维、网格灵活、严格模拟无限域和无需基本解等特点。比例边界有限元方法的基本理论是在整体坐标与局部坐标的比例边界转换基础之上建立的，相似中心的选取是否合理对分析计算具有重要的影响，导致在模拟拱坝这种不规则的空间壳体结构时，具有一定的局限性。采用子结构方法，将坝体分为若干满足相似性要求的区域可解决上述问题，以某拱坝为例给出了合理的坝体子结构分区形式，验证了子结构方法的精确性，为建立基于比例边界有限元方法的坝体-库水-地基系统的计算模型奠定了基础。 相似文献
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深海热液硫化物矿体瞬变电磁的正演是考虑深海环境的全空间条件下三维体的涡流电磁响应.采用全空间矢量有限元法模拟计算深海热液硫化物矿的三维瞬变电磁响应,对硫化物矿体采用矩形单元模型剖分,应用Galerkin法推导有限元方程,先计算频率域响应,再通过Fourier反变换将其转换至时间域,得出深海热液硫化物矿矿体的瞬变电磁响应.并用双半空间模型的解析解检验了全空间矢量有限元法模拟计算算法和程序的正确性,最后按照等比例缩小电磁物理实验原则,比对数值计算和物理实验结果论证了全空间3D模型数值的正确性.结果表明:对于海水、矿体以及围岩复杂电磁边界,应用全空间矢量有限元法模拟计算深海热液硫化物矿瞬变电磁响应异常与物理模拟结果一致,而且计算方法简单精确,异常幅值明显,边界清晰. 相似文献
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有限元分析中断裂区域单元的划分 总被引：2，自引：0，他引：2
根据弹性理论的叠加原理，研究了有限元分析中的单元划分问题。通过有限元结点位移反演边界力系数与理论边界力系数进行比较来差别断裂区单元划分是否合理，应用模拟数据定量分析，了二维和三维有限元法的单元划分，为有限元法在地学研究中的实际应用提供参考依据。 相似文献
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根据平行索面悬索桥的结构体系特征,可以将其划分为几个相对独立的子结构。充分利用振动测试得到的子结构局部振动信息和结构整体振动信息,可以分阶段进行有限元模型修正,从而提高优化效率。本文以克拉玛依市龙门桥为例,结合该桥设计的有限元模型和环境激励振动试验结果,进行了整桥模型修正和子结构多阶段模型修正。首先通过振动法计算得到边悬索的索力近似替代主缆索力,将其施加在整桥有限元模型中,运用基于动力特性的响应面法完成传统的模型修正,得到修正后的土-结构相互作用的弹簧刚度系数和吊杆索力;其次利用主塔横向模态相对独立的特点,通过对主塔子结构模型的修正得到合理的弹性支承参数;再将其施加在初始的整体有限元模型中,完成该桥的子结构分阶段有限元模型修正;最后比较子结构多阶段模型修正与传统整桥模型修正方法的效果,可以看出相比传统模型修正,所提方法不仅提高了修正精度,而且大幅度提高了优化效率。 相似文献
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连续梁桥的一种传递矩阵—有限元方法 总被引：1，自引：0，他引：1
结构分析的传递矩阵法占用内存贮空间小，运算简便，有限元法划分单元灵活，计算与处理方式统一，适应范围广泛，本文论述了这两种方法存在可相互转化的内部关系，采用子结构思想，提出了将这两种方法有效结合构成一种传递矩阵－有限元方法，一座桥梁结构计算示例表明：该方法不仅计算占用内存小，而且划分单元小，计算与处理方式统一。 相似文献
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土-结构动力相互作用对基础隔震的影响 总被引：5，自引：2，他引：5
本文研究土-结构动力相互作用对基础隔震的影响。文中根据间接边界元方法，推导了空间域中的格林函数公式，并建立了地基土的动力刚度矩阵；进而在频域内采用子结构法，建立了考虑土-结构动力相互作用的隔震结构的运动方程；通过数值仿真某具有埋置刚性基础的剪切型基础隔震结构的地震反应，分析了地基土的刚度对隔震效果以及结构地震反应的影响，得到了一些有意义的结论。 相似文献
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《国际地震动态》2017,(5)
随着地下结构建设的飞速发展,地下结构工程师不仅面临众多的地下结构静力设计问题,同时也面临着抗震设计问题。目前,利用大型商业软件对地下结构的动力时程分析及模型试验研究已开展较多,但其研究成果还较难应用于实际的地下结构抗震设计之中。同时,我国抗震设计规范还处于研究、发展阶段。因此,建立一套便于工程应用的简化抗震设计方法是十分必要的。本文首先从地下结构拟静力解析解方面着手,采用弹性解析解的方法探讨了自由场变形与地下结构变形之间的相互关系;然后,采用数值模拟的方法,对自由场与地下结构的动力反应特性进行了系统研究,提出了地下结构简化设计方法的基本思路,在此基础上,基于子结构法分别对反应位移法、静力有限元法进行了理论推导及方法改进;最后,介绍了地下结构弹塑性分析方法,并对地下结构拟静力实验进行了数值模拟。本文主要研究工作及研究成果如下:(1)基于解析解的自由场与地下结构变形拟静力关系研究。基于平面弹性复变函数理论分别对圆形地下结构和矩形地下结构进行拟静力解析求解,明确了地下结构拟静力解析求解的基本方法。同时,对Wang、Penzien、Bobet、Park和Huo的方法进行了系统分析,并探讨了接触条件和泊松比对地下结构变形系数的影响。(2)自由场与土-地下结构散射场关系研究。采用数值模拟的方法,研究了在P波和S波作用下,含地下结构散射场及相应的自由场的动力反应,对比分析了地下结构顶板与底板相对位移及自由场相应位置处相对位移最大时刻对应的加速度、应力等动力特征及整个时程的最大值的特征规律。通过这些动力特征分析,找出自由场与土-地下结构散射场二者的动力特性之间的联系,并以此探讨了地下结构简化抗震设计方法的可行性及研究方法。(3)反应位移法理论推导及改进。基于子结构法对反应位移法的原理进行了理论推导,提出了地基弹簧系数的多种求解方法并对地震荷载(剪应力、土层位移差等效荷载以及惯性力)的求解方法进行改进,通过算例对改进的反应位移法与规范中的反应位移法和整体动力时程分析方法进行对比分析,验证了改进反应位移法的实用性。(4)静力有限元法理论推导及改进。基于子结构方法对静力有限元方法进行了理论推导,对现有的静力有限元方法(强制边界位移法、反应加速度法、反应应力法)进行了对比研究,提出了静力有限元计算模型,并验证了该方法的实用性。(5)地下结构弹塑性简化分析方法。采用地基刚度衰减的方法,对规范中反应位移法、改进反应位移法以及静力有限元法在土体弹塑性条件下的计算结果与动力时程方法进行对比,验证了这3种方法在土体弹塑性条件下的计算精度。同时,采用数值模拟的方法,模拟了地下结构拟静力条件下的弹塑性反应。 相似文献
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应用人工神经网络技术的大型斜拉桥子结构损伤识别研究 总被引：12，自引：0，他引：12
本文应用人工神经网络技术对大型斜拉桥结构进行了子结构损伤识别研究。文中首先介绍了子结构损伤识别的基本方法，然后应用自组织竞争神经网络建立了对于大型桥梁结构识别子结构损伤情况的子结构损伤识别方法，并且应用BP网络进一步建立了大型桥梁结构各子结构内部的损伤位置和损伤程度的识别方法，数值模拟了一大跨度斜拉桥子结构损伤以及子结构内部损伤的识别过程，最后得出结论：(1)基于自组织竞争网络的子结构损伤识别方法能迅速准确地识别大型结构的损伤情况；(2)基于BP网络所建立的结构损伤识别方法，能对子结构中结构损伤的位置和程度进行进一步的识别；(3)基于人工神经网络技术的结构损伤识别方法是大型土木工程结构损伤识别的有效方法，可在工程结构损伤识别中广泛应用。 相似文献
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采用子结构混合实验方法进行复杂结构的地震响应模拟。在混合实验中,根据结构的特征划分为多个子结构,每个子结构被封装起来,只有边界上的力和位移作为子结构间相互作用的变量,利用拟牛顿法保持整体结构的平衡和协调。目标结构为SRC框架剪力墙结构体系,结构顶部设置11层高的钢塔。在混合实验中,该结构被分为3个子结构,SRC部分为第一个子结构,采用OpenSees进行模拟;钢塔的第1层比较薄弱,是变形集中区域,采用实验进行模拟;钢塔其余部分采用ABAQUS有限元程序进行模拟。实验得到准确的地震响应,表明本文提出的混合实验方法可有效地结合多个有限元程序,充分利用各个有限元程序的优点进行复杂结构的地震响应模拟。 相似文献
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The scaled boundary finite‐element method has been developed for the dynamic analysis of unbounded domains. In this method only the boundary is discretized resulting in a reduction of the spatial dimension by one. Like the finite‐element method no fundamental solution is required. This paper extends the scaled boundary finite‐element method to simulate the transient response of non‐homogeneous unbounded domains with the elasticity modulus and mass density varying as power functions of spatial coordinates. To reduce the number of degrees of freedom and the computational cost, the technique of reduced set of base functions is applied. The scaled boundary finite‐element equation for an unbounded domain is reformulated in generalized coordinates. The resulting acceleration unit‐impulse response matrix is obtained and assembled with the equation of motion of standard finite elements. Numerical examples of non‐homogeneous isotropic and transversely isotropic unbounded domains demonstrate the accuracy of the scaled boundary finite‐element method. Copyright © 2006 John Wiley & Sons, Ltd. 相似文献
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Consideration of structure-foundation-soil dynamic interaction is a basic requirement in the evaluation of the seismic safety of nuclear power facilities. An efficient and accurate dynamic interaction numerical model in the time domain has become an important topic of current research. In this study, the scaled boundary finite element method （SBFEM） is improved for use as an effective numerical approach with good application prospects. This method has several advantages, including dimensionality reduction, accuracy of the radial analytical solution, and unlike other boundary element methods, it does not require a fundamental solution. This study focuses on establishing a high performance scaled boundary finite element interaction analysis model in the time domain based on the acceleration unit-impulse response matrix, in which several new solution techniques, such as a dimensionless method to solve the interaction force, are applied to improve the numerical stability of the actual soil parameters and reduce the amount of calculation. Finally, the feasibility of the time domain methods are illustrated by the response of the nuclear power structure and the accuracy of the algorithms are dynamically verified by comparison with the refinement of a large-scale viscoelastic soil model. 相似文献
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The scaled boundary finite‐element method is extended to simulate time‐harmonic responses of non‐homogeneous unbounded domains with the elasticity modulus and mass density varying as power functions of spatial coordinates. The unbounded domains and the elasticity matrices are transformed to the scaled boundary coordinates. The scaled boundary finite‐element equation in displacement amplitudes are derived directly from the governing equations of elastodynamics. To enforce the radiation condition at infinity, an asymptotic expansion of the dynamic‐stiffness matrix for high frequency is developed. The dynamic‐stiffness matrix at lower frequency is obtained by numerical integration of ordinary differential equations. Only the boundary is discretized yielding a reduction of the spatial dimension by one. No fundamental solution is required. Material anisotropy is modelled without additional efforts. Examples of two‐ and three‐dimensional non‐homogeneous isotropic and transversely isotropic unbounded domains are presented. The results demonstrate the accuracy and simplicity of the scaled boundary finite‐element method. Copyright © 2005 John Wiley & Sons, Ltd. 相似文献
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从Maxwell方程组出发,推导了探地雷达(GPR)有限元波动方程.阐述了透射边界条件和Sarma边界条件的原理,推导了这两种边界条件的理论公式;通过在衰减层内加入过渡带优化了Sarma边界条件的加载方法,压制了介质区和衰减层交界面处的人为反射.考虑到透射边界条件与Sarma边界条件不同的理论机制,提出了一种结合透射边界条件和Sarma边界条件的混合边界条件,它利用Sarma边界条件对到达边界区域的GPR波能量衰减功能和透射边界对GPR波能量的透射功能,使GPR波经过Sarma边界条件的衰减吸收后,再通过透射边界条件将剩余能量透射出去,集成了二者的优势.并以二维均匀模型中的中心脉冲激励源方式为例,通过Matlab程序实现,以GPR的全波场快照的直观方式,对比了有、无边界条件及不同边界条件对人工截断边界的处理效果,说明了该混合边界条件对到达截断边界处的GPR波的处理优于单一边界条件.最后,以基于混合边界条件的有限单元法对两个典型的GPR地电模型进行了正演模拟,指导了GPR数据处理与工程实践. 相似文献
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基于双相各向异性介质模型,首先推导了双相各向异性介质中弹性波传播的动力学方程及其Galerkin变分方程和有限元运动方程,然后给出了孔隙弹性波方程的有限元数值解法以及二维双相PTL介质中波场模拟的人为吸收边界条件. 最后,利用本文给出的有限元方法对双相PTL介质和双相各向同性介质中的弹性波传播进行了数值模拟. 结果表明:有限元方法和吸收边界条件有效、可行,在理想相界条件下,不论是从固体位移,还是从流体位移的波场快照都能看到明显的慢速拟P波;在黏滞相界情况下,能否观察到慢速拟P波,与含流体地层介质的耗散性质有关.对实际含流体介质,从流体位移分量的波场快照比从固体位移波场快照更容易观察到慢速拟P波. 相似文献
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In this paper,an explicit finite element method to analyze the dynamic responses of three-medium coupled systems with any terrain is developed on the basis of the numerical simulation of the continuous conditions on the bounda-ries among fluid saturated porous medium,elastic single-phase medium and ideal fluid medium.This method is a very effective one with the characteristic of high calculating speed and small memory needed because the formulae for this explicit finite element method have the characteristic of decoupling,and which does not need to solve sys-tem of linear equations.The method is applied to analyze the dynamic response of a reservoir with considering the dynamic interactions among water,dam,sediment and basement rock.The vertical displacement at the top point of the dam is calculated and some conclusions are given. 相似文献
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本文以饱水两相介质的土力学模型为研究对象,在假定两相介质为弹性介质条件下,采用了显式有限元法和透射边界进行了饱和弹性半空间动力响应问题的研究。为避免谐波输入初始间断的影响,文中提出了一个处理函数,并以弹性半空间为算例,对饱水介质和单相介质分别进行了在底边界P波垂直入射时的动力响应分析,验证了该处理函数的有效性和实用性。 相似文献
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针对目前广泛用于解决工程地质问题的浅层地震勘探特点,通过对浅层小尺度介质进行地震波数值模拟,揭示地震波在不同浅层介质模型中的波场特征和传播规律.为浅层地震勘探野外数据采集前合理选择观测系统提供指导性的方案,并能对地震勘探成果解释的合理性给予客观评价.在分析各种数值模拟方法特点的基础上,选择具有精度高、易模拟复杂结构的有... 相似文献
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现有海洋可控源电磁三维数值模拟方法大多基于电导率各向同性介质理论,不能模拟海底地层电导率各向异性的实际情况.本文给出了电导率各向异性三维介质中电性源海洋可控源电磁二次电场的边值问题以及相应的变分问题,采用长方体单元对研究区域剖分,将场分量定义在剖分单元的边上,利用矢量有限单元法求解变分问题,实现了电导率任意各向异性海洋可控源电磁三维矢量有限元数值模拟.这个新的正演方法可以计算电导率任意各向异性三维地电模型的海洋可控源电磁响应,基于二次场矢量有限元法直接求解电磁场,避免了传统有限元方法可能遇到的伪解问题和难于处理电场法向分量不连续的问题,提高了数值模拟计算精度.一维电导率各向异性模型电磁场数值解与解析解吻合得相当好,无论在源附近还是远离源处相对误差均不超过1%.电导率各向异性二维模型的计算结果与已有文献采用的非结构有限元模拟结果十分吻合.三维地电模型数值模拟结果显示,电导率各向异性张量电导率主轴分量和欧拉角对不同装置海洋可控源电磁响应均有着明显的影响. 相似文献