Condensed hyperelements method of non-vertical consistent boundaries for wave propagation analysis in irregular media     

S. Dorafshan  F. Behnamfar  A. Khamesipour  M. Motosaka 《地震工程与工程振动(英文版)》2013,12(4):547-559

The study of wave propagation in finite/infinite media has many applications in geotechnical and structural earthquake engineering and has been a focus of research for the past few decades. This paper presents an analysis of 2D anti- plane problems （Love waves） and 2D in-plane problems （Rayleigh waves） in the frequency domain in media consisting of a near-field irregular and a far-field regular part. The near field part may contain structures and its boundaries with the far-field can be of any shape. In this study, the irregular boundaries of the near-field are treated as consistent boundaries, extending the concept of Lysmer＇s vertical consistent boundaries. The presented technique is called the Condensed Hyperelements Method （CHM）. In this method, the irregular boundary is limited to a vertical boundary at each end that is a consistent boundary at the far-field side. Between the two ends, the medium is discretized with hyperelements. Using static condensation, the stiffness matrix of the far-field is derived for the nodes on the irregular boundary. Examples of the application of the CHM illustrate its excellent accuracy and efficiency.  相似文献   

饱和土体中空沟对移动荷载被动隔振的 2.5D边界元法分析   总被引：1，自引：1，他引：0  

徐斌  雷晓燕  徐满清  刘林芽 《岩土力学》2012,33(4):1079-1086

根据饱和土Biot理论及移动荷载特性,采用积分变换方法,推导了半无限饱和土体频域-波数内的边界积分方程,讨论了2.5D边界积分方程中Cauchy的奇异性,并分析了空沟对移动荷载引起饱和土体振动的被动隔振效果。通过与已知文献结果比较,验证了算法的正确性。数值结果表明,采用2.5D BEM不仅可以解决具有复杂表面的移动荷载作用下动力响应问题,而且可极大减小计算工作量。对于饱和土体受高速移动荷载作用,空沟更能有效减小土体孔压、竖向位移的振幅;当荷载速度较小时,空沟对土体表面的水平向位移几乎不起衰减作用,甚至有放大效应。另外,随空沟距振源的距离增大,空沟能够更好阻隔土体表面波传播。  相似文献   

模拟地震波传播的三维逐元并行谱元法   总被引：2，自引：0，他引：2  

刘少林  杨顶辉  徐锡伟  李小凡  申文豪  刘有山 《地球物理学报》2021,64(3):993-1005

高效地震波场正演模拟对于复杂模型中地震波传播与成像研究至关重要.本文在谱元法原理框架内,对已有逐元谱元法改进,提出一种新的逐元并行谱元法求解三维地震波运动方程,并得到地震波场.逐元并行谱元法的核心思想在于在单元上进行质量矩阵与解向量的乘积运算,并将此运算平均分配至每一个CPU计算核心,此处理有利提升谱元法的并行计算效率.同时,根据Gauss-Lobatto-Legendre(GLL)数值积分点与插值点重合的特点,将稠密单元刚度矩阵的存储转化成单元雅克比矩阵行列式的值及其逆的存储,大幅减少谱元法计算内存开销.此外,在模型边界上利用逐元并行谱元法求解二阶位移形式完美匹配层(PML)吸收边界条件,消除边界截断而引入的虚假反射.通过逐元并行谱元法得到的数值解与解析解对比,以及实际地震波场模拟,数值结果证实了逐元并行谱元法用于地震波场模拟的高效性.  相似文献   

任意各向异性介质三维非结构谱元法直流电阻率正演模拟研究     

朱姣  殷长春  任秀艳  刘云鹤  惠哲剑  谷宇 《地球物理学报》2021,64(12):4644-4657

各向异性是地电异常解释中不可忽视的因素,广泛存在于裂隙或层理发育的地质环境中.本文针对任意各向异性条件下直流电阻率法三维正演问题进行研究,结合非结构谱元法建立模拟算法,充分利用谱方法的指数收敛性以及非结构有限元对地形和复杂异常体刻画能力,提高计算精度和效率.通过灵活的四面体网格剖分和高阶谱插值,实现了复杂介质任意各向异性模型电阻率响应的高精度数值模拟.我们首先通过层状各向异性模型验证本文非结构谱元法的计算精度,进而我们以半空间中立方体模型为例分析各向异性对电阻率响应的影响特征,并通过计算针对不同各向异性参数的视电阻率极性图,探究地下介质各向异性特征识别方法.最后,我们针对典型的山脊模型计算和分析存在地形效应条件下各向异性电流场分布及视电阻率特征.模型计算结果表明基于四面体网格的谱元法模拟带有复杂地形和异常体的任意各向异性模型具有很高的计算精度.本文的研究成果将在推进电阻率方法用于解决裂隙及层理等环境和工程地质问题中发挥积极作用.  相似文献   

基于神经网络方法获得最优化月球内部结构模型     

廖彬彬  徐建桥  陈晓东  孙和平  周江存 《地球物理学报》2022,65(3):939-951

由于观测手段有限,目前对月球内部结构的认识还存在很大的不确定性,至今仍没有一个被广泛认可的内部结构模型,且现有对月球内部结构模型的研究几乎很少关注观测值对观测精度的影响.本研究采用混合密度神经网络方法得到了月球内部结构模型的后验概率密度分布,获得了平均月球内部结构模型(Mean模型)、最大后验概率对应的月球内部结构模型...  相似文献   

饱和地基中空沟近场隔振的现场试验与二维半解析边界元分析          下载免费PDF全文

孙连勇  时刚  崔新壮  卢晓峰  宋洋  王兴云  甘晓丽 《世界地震工程》2020,(2):229-240

动力机器运行和车辆行驶等会产生振动污染,危及邻近建筑物安全和干扰精密仪器设备正常运行等。这些振动污染可通过在地基中设置空沟的方式来降低或消除。针对饱和地基上明置动力机器基础的环境振动影响及空沟近场隔振问题,进行了饱和地基上空沟近场隔振的现场试验,并对试验结果进行了无量纲化分析;基于饱和土半解析边界元法,分别推导了动力机器基础环境振动影响和空沟近场隔振的边界元方程;在此基础上,详细研究了空沟对动力机器基础振动影响的隔振效果,分析了空沟深度、宽度和距振源距离对其隔振效果的影响。结果表明:空沟能够有效的降低动力机器基础的环境振动影响;空沟宽度对其隔振效果影响相对较小,而空沟深度对其隔振效果影响较大,为获得较好的隔振效果,空沟深度建议取1倍Rayleigh波波长;空沟距振源距离对其隔振效果也有较大影响,距离越远则隔振效果也越好,当被保护建筑距振源较远时,建议空沟在被保护建筑附近设置。此外,在某些特殊情况下,空沟隔振系统会由于共振现象而出现隔振效果劣化的现象,在工程设计中应予以注意。  相似文献   

三维数值流形法块体切割技术研究     

柯锦福  王水林 《岩土力学》2020,41(10):3473-3480

运用布尔碎片运算实现了简单的三维块体切割功能，形成覆盖整个求解域的六面体网格，再将六面体单元拆分生成48个四面体单元，从而生成四面体数学覆盖。运用布尔交运算将四面体单元与求解域求交集得到流形块体，再根据三维拓扑有向性原理和三维单纯形积分理论，形成了有向边、有向环、有向面和有向壳4种有向几何数据结构，用来构造生成封闭的有向三维流形单元。定义了有向流形单元的连通内面对和连通的有向流形单元的概念，利用有向流形单元的连通内面对搜索生成物理覆盖体系。概括总结了基于修正对称和反对称分解的三维数值流形元法的求解计算要点，在不考虑三维接触、三维裂纹尖端奇异场和三维裂纹扩展的假设下，模拟了三维节理面的有限塑性变形张拉过程，得到了比较合理的数值模拟结果，验证了前处理和计算求解算法的正确性。  相似文献   

逆断层地震作用下三维沉积盆地地震动谱元法模拟          下载免费PDF全文

巴振宁  赵靖轩  吴孟桃  梁建文  塔拉 《地震科学进展》2020,(10):13-22

近断层地震动对近场区域会造成严重的地震灾害，尤其区域内存在沉积地形时会进一步加重灾害。目前，针对释放能量更大、破坏力更强的逆冲断层地震作用下沉积盆地的地震动响应研究还未见报道。本文即采用谱元法，研究了动力学逆断层地震作用下的三维沉积盆地的动力响应。文中以椭球形沉积盆地为例，对其逆断层地震动响应特性进行了分析，并探讨了改变内外介质波速比和沉积厚度时沉积盆地内部观测点地震动时程和峰值变化规律。研究表明:①沉积内外介质波速比对沉积盆地的地震动影响显著，当沉积内部介质波速比降低时，盆地内部地表的峰值响应增大，地震动持续时间明显延长，尤其是位于盆地中心加速度峰值放大2.08倍，持时延长1.97倍；②沉积盆地厚度同样对其地震动响应产生影响，当沉积厚度增加时盆地中心位置地震动响应减小，加速度峰值缩小约0.64倍，而盆地边缘区域的地震动响应明显增大，峰值放大约1.35倍。   相似文献   

畸形波作用下JIP Spar平台波浪力分析   总被引：2，自引：1，他引：1  

刘珍  茅润泽  马小剑  嵇春艳  李晨鹏 《海洋工程》2015,33(4):19-27

利用时域高阶边界元法研究畸形波、系泊系统与浮式结构物耦合作用问题,运用四阶Runge-Kutta方法更新下一时间步的波面和速度势,采用非线性有限元法模拟系泊缆索的各种受力及缆索的弹性变形。以Longuet Hinggins模型为基础,调整组成波的初相位,在很短的波列中得到满足畸形波定义的波形。分析了聚焦位置、初始相位、谱峰周期、谱宽以及水流参数等对系泊JIP Spar平台缆绳力和波浪荷载的影响。将入射波浪的聚焦点分别设置在平台的迎浪侧和背浪侧,分析缆绳力和波浪荷载聚焦峰值,模拟结果发现其最大值产生在聚焦点为迎浪侧的情况。当聚焦点在迎浪侧时,缆绳力和波浪荷载聚焦峰值随着初相位的增加而减小,随着谱宽的增加而减小,而随着谱峰周期的增加而增加。  相似文献   

基于波动方程理论的地震波场数值模拟方法综述   总被引：2，自引：0，他引：2  

朱多林  白超英 《地球物理学进展》2011,26(5):1588-1599

地震波场数值模拟的重要性日益凸显,其在地震勘探、各向异性介质属性研究、强地面振动预测、理论地震图合成等方面的应用日渐增多.基于波动方程理论的模拟方法有很多,如:有限差分法、伪谱法、有限元法、谱元法、边界元法等,而现有的综述性文献仅仅是关注某一种或是几种算法,还未有融入最新的文献后系统论述以上五种方法的综述性文献.鉴于此...  相似文献