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动荷载作用下欧拉梁动响应的计算是一个初边值问题,通常很难得到解析解,传统数值方法一般是把空间和时间分别离散进行求解,计算相对复杂,效率也不高.针对分布动荷载作用下欧拉梁的振动偏微分方程,采用传统微分求积法,在空间和时间上同时进行离散;对于所有非0阶的初/边值条件,采用嵌入法在权系数计算中予以考虑.算例的数值结果与精确解的对比证明采用传统微分求积法处理此问题是可行的,而且是高效的.对于实际工程中的其他类似问题,该方法同样适用. 相似文献
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《地震工程与工程振动》2017,(5)
将结构地震反应微分求积分析方法用于地震反应谱的计算,发展了一种具有较高精度和计算效率的计算地震反应谱的新方法。通过对3条不同卓越周期和频谱结构的地震地面加速度时程的反应谱的计算,阐释了该方法的可靠性和高效率,并分析了时步长度和节点数量等微分求积分析重要参数对计算结果的影响。研究表明,本文建立的基于状态分析的单自由度体系地震反应微分求积分析方法用于地震反应谱计算是可行的、合理的,对不同频谱结构的地震波都可以适用,且具有计算精度好、计算效率高、使用简便的特点,不失为一种计算地震反应谱的高效实用方法。 相似文献
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传统的传递矩阵法需要对控制微分方程进行求解,获得相应的传递矩阵。公式繁琐、复杂。文中提出将传递矩阵法与精细积分法中的指数矩阵运算技巧结合起来,在频域内对结构进行动力分析。与传统的传递矩阵法相比,无需对微分方程进行求解,只需按照迭代公式进行计算,就可以得到所需要的传递矩阵。这种方法公式简单,理论上可实现任意精度,而且计算效率较高,能够快速、高精度的进行结构的地震反应分析。算例显示了精细传递矩阵法的有效性。 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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结构动力反应分析中的一种显式输入反演方法 总被引：1，自引：0，他引：1
本文简要总结，评述了结构动力反应分析中两类输入反演方法（脉动函数法和直接时域法）的优缺点，在此基础上通过应用文献[1]中提出的3阶显式方法，获得了一个关于结构输入反演问题的新解法－显式直接时域法，新方法集合了脉冲函数法和直接时域法的优点，既可按显式求解动力微方程，又适用于非线性系统的动力反演问题，最后，通过算例对该方法进行了数值验证。 相似文献
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广义Biot固结方程隐-隐式解法的推广及应用 总被引：1，自引：0，他引：1
无条件稳定的隐－隐式交叉迭代法是求解u-p形式的广义Biot理论有限元列式的一种高效数值方法，在此基础上提出了能够考虑孔隙流体加速度的新解法，扩展了隐－隐式解法的适用范围。将广义Biot理论两种u-p形式的有限元列式作了统一表达，进而采用逐步积分法求解时域内的动力迭代方程。静力Biot理论描述的边值问题可视为其特例。通过波浪作用下弹性海床的动力反应分析，验证了所发展的数值解法的有效性。计算结果表明，土骨架和孔隙流体的加速度对海床动力反应的影响很小。 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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三塔单索面斜拉桥在空间动力行为方面有其独特之处.以济南建邦黄河公路大桥为例,运用有限元方法建立桥梁的空间动力数值分析模型,构建结构特征方程,在频率范围1 600～0 cps,频移为1 cps基础上运用lanczos法解此方程获得结构空间动力特性;进而利用拟相对速度反应谱SV和拟绝对加速度反应谱SA之间的数学关系,在大量地震记录中选择与场地特征周期基本一致的波谱,对其峰值加速度和持续时间进行调整后直接输入动力数值模型;采用质量和刚度因子法计算结构各振型阻尼比,以恒载作用下结构受力状态作为初始状态,运用Newmark-β显式直接积分法迭代求解结构动力微分方程组,并取γ≥0.5且β≥γ/2以满足其无条件稳定;考虑恒载作用在地震发生过程中对结构产生的二阶效应,获得非线性地震响应数值解,并由此总结出该类桥型的地震响应一般规律.结果可为该类桥型的抗震设计提供参考. 相似文献
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《地震工程与工程振动》2015,(1)
船舶撞击荷载作用下高桩码头结构的动力放大效应不可忽略。采用数学理论推导与动力时程仿真计算相结合的方式,对靠泊船舶撞击作用下高桩码头结构的动力响应及动力放大效应进行了研究,获得了多自由度结构在单点撞击荷载作用下的动力响应公式及相应的动力放大系数公式,推荐了数值计算时船舶撞击荷载的时程曲线类型及持时,获取了船舶靠泊撞击荷载下考虑桩-土相互作用的高桩码头结构动力放大效应规律,明确了桩-土相互作用对放大效应的影响。计算与分析结果表明:船舶靠泊撞击荷载的时程曲线可近似为持时1.0 s的半正弦曲线;在靠泊船舶撞击荷载作用下考虑桩-土相互作用的软基上的高桩码头结构对撞击荷载的动力放大系数在2.0左右;不考虑桩-土相互作用的计算结果偏于不安全,建议在进行软土地基上高桩码头结构的动力响应计算时应避免采用假想嵌固点法;以上结论可为码头结构设计时船舶撞击荷载的合理取值与模型有限元计算提供理论依据。 相似文献
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根据平截面假定,考虑超高桥墩大位移变形产生的几何非线性影响,建立超高桥墩的振动控制微分方程,利用变步长的龙格-库塔法进行求解,结合B-R运动判定准则,对超高桥墩在地震作用下的动力失稳机理进行研究。理论分析表明,超高桥墩的动力失稳与桥墩的几何尺寸、质量分布、边界条件有密切关系;桥墩动力失稳时刻随地震波加速度峰值的增大而减小;失稳时刻与失稳加速度荷载有对应关系。算例结果表明:本文方法正确,利用本文理论能够准确计算超高桥墩的失稳时刻及失稳加速度,对超高桥墩动力失稳的理论分析及工程实践有重要指导意义。 相似文献
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In most previous studies on the dynamic response of a long cylindrical cavity subjected to internal transient dynamic loads, the porous medium was usually assumed to be completely saturated by ground water. In practice, however, the full saturation condition does not always exist. In this paper the surrounding soil and the lining of the cavity are respectively treated as a nearly saturated porous medium and an elastic material, and the governing equations for the dynamic problem are derived. A set of exact solutions are obtained in the Laplace transform domain for three types of transient loads, i.e. suddenly applied constant load, gradually applied step load and triangular pulse load. By utilizing a reliable numerical method of inverse Laplace transforms, the time-domain solutions are then presented. The influence of the degree of saturation of the surrounding soil on the dynamic response of the lined cavity is examined for numerical examples. 相似文献
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A step‐by‐step approximate procedure taking into consideration high‐frequency modes, usually neglected in the modal analysis of both classically and non‐classically damped structures, is presented. This procedure can be considered as an extension of traditional modal correction methods, like the mode‐acceleration method and the dynamic correction method, which are very effective for structural systems subjected to forcing functions described by analytical laws. The proposed procedure, herein called improved dynamic correction method, requires two steps. In the first step, the number of differential equations of motion are reduced and consequently solved by using the first few undamped mode‐shapes. In the second step, the errors due to modal truncation are reduced by correcting the dynamic response and solving a new set of differential equations, formally similar to the original differential equations of motion. The difference between the two groups of differential equations lies in the forcing vector, which is evaluated in such a way as to correct the effects of modal truncation on applied loads. Copyright © 2001 John Wiley & Sons, Ltd. 相似文献
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A diagonal or lumped mass matrix is of great value for time-domain analysis of structural dynamic and wave propagation problems, as the computational efforts can be greatly reduced in the process of mass matrix inversion. In this study, the nodal quadrature method is employed to construct a lumped mass matrix for the Chebyshev spectral element method (CSEM). A Gauss-Lobatto type quadrature, based on Gauss-Lobatto-Chebyshev points with a weighting function of unity, is thus derived. With the aid of this quadrature, the CSEM can take advantage of explicit time-marching schemes and provide an efficient new tool for solving structural dynamic problems. Several types of lumped mass Chebyshev spectral elements are designed, including rod, beam and plate elements. The performance of the developed method is examined via some numerical examples of natural vibration and elastic wave propagation, accompanied by their comparison to that of traditional consistent-mass CSEM or the classical finite element method (FEM). Numerical results indicate that the proposed method displays comparable accuracy as its consistent-mass counterpart, and is more accurate than classical FEM. For the simulation of elastic wave propagation in structures induced by high-frequency loading, this method achieves satisfactory performance in accuracy and efficiency.
相似文献16.
本用震源力学理论和方法研究了徐淮地区从１９７０年以来构造应力场的方向和强度的时空变化过程。结果表明：以唐山地震为分界线，本区的应力场Ｐ轴取向由震前平均６１．８°变为震后平均７７．７°。如果将本区以宿北断裂为界分为南区和北区两个部分，则北区的Ｐ轴取向从６８．１°变７１．２°，而南区的Ｐ轴取向由６２．５°变到８３．６°，南区的变化明显于北区。 相似文献
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T. Senjuntichai S. Mani R.K.N.D. Rajapakse 《Soil Dynamics and Earthquake Engineering》2006,26(6-7):626-636
This paper considers time-harmonic vertical vibration of an axisymmetric rigid foundation embedded in a homogeneous poroelastic soil. The soil domain is represented by a homogeneous poroelastic half space that is governed by Biot's theory of poroelastodynamics. The foundation is subjected to a time-harmonic vertical load and is perfectly bonded to the surrounding half space. The contact surface can be either fully permeable or impermeable. The dynamic interaction problem is solved by employing an indirect boundary integral equation method. The kernel functions of the integral equation are the influence functions corresponding to vertical and radial ring loads, and a ring fluid source applied in the interior of a homogeneous poroelastic half space. Analytical techniques are used to derive the solution for influence functions. The indirect boundary integral equation is solved by using numerical quadrature. Selected numerical results for vertical impedance of rigid foundations are presented to demonstrate the influence of poroelastic effect, foundation geometry, hydraulic boundary condition along the contact surface and frequency of excitation. 相似文献
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两相饱和多孔介质的动力响应问题在地震工程领域具有重要的研究意义,由于涉及到固相和液相的动力耦合,使得该问题的求解尤为复杂。本文利用Comsol在求解多场耦合问题上的优点,针对Biot饱和多孔介质u-U耦合形式下的波动方程特征,经过一系列微分算子运算和矩阵变换得到导数形式下的波动方程,基于Comsol Multiphysics提供的广义偏微分方程模式对变形后的波动方程进行求解,并把改进后的无限元边界应用到无限域动力问题的模拟中。通过与饱和多孔介质动力响应的解析解进行对比,验证模型求解技术的可行性和正确性,并在此基础上讨论饱和土地基中空沟隔振效果与饱和土体参数孔隙率、泊松比的关系。通过研究分析,可以为饱和土地基中空沟隔振设计提供一些有价值的参考。 相似文献