级数解边界积分法及其在地震波散射问题中的应用

级数解边界积分法是利用相应的齐次微分方程的解完备系作权函数来建立边界积分方程。本文采用级数解边界积分法并选取傅氏级数作试函数求解SH波散射问题,并将计算结果同解析解或其它数值方法的解做了比较。结果表明,本文方法计算简单、精度较高而且节省机时。文中还提出了用傅氏级数拟合复杂边界的方法。     

并联剪力墙地震反应分析的样条函数方法

本文根据并联剪力墙振型分解的地震反应控制微分方程，构造三次样条基函数，用样条函数方法对并联剪力墙进行地震反应时程分析，建立样条最小二乘法和样条伽辽金法的时程分析计算格式，本文方法所建立的动力刚度矩阵的半带宽仅为4，计算简便，易于编程，是一个简便，有效的分析方法。     

层土动力Green函数数值计算中若干问题的探讨

动力Ｇｒｅｅｎ子数数值计算技术是动力边界元法得以实施的关键技术之一。本文 无对两类层状介质动力Ｇｒｅｅｎ函数的频域解进行了比较,在此基础上,文中着重探讨了在土－结构相互作用问题中应用显式动力Ｇｒｅｅｎ函数时的若干数值计算问题,包括土层的子层离散和波数的计算以及半空间的模拟等。     

ABAQUS模拟土-结构相互作用时人工边界的选取

利用有限元数值模拟方法研究半无限空间中的动力响应问题时,人工边界的选取对于计算结果的可靠性与准确性有直接的影响。本文利用ABAQUS有限元软件计算土-结构地震响应,分析了选用不同人工边界对计算结果的影响。通过与远置边界自由场和土-结构模型的数值结果对比,讨论了底边界分别采用固定边界和黏性边界;侧边界分别采用固定边界、绑定边界、竖向约束边界和黏性边界时的计算误差。研究表明,利用ABAQUS软件计算土-结构动力相互作用影响时,黏性边界适合作为非刚性地基问题的底边界,固定边界适合作为刚性地基问题底边界。对于侧向边界当采用相对计算宽度较小模型时,固定边界和黏性边界无法再现自由场和土-结构响应;绑定边界和竖向约束边界可以模拟精确的自由场响应,并在动力土-结构作用分析中具有良好的性能。     

半空间异质隆起的出平面动力响应:闭合级数解答

采用分区思想和辅助函数方法,利用波函数展开技术,提出了水平地表圆形非匀质隆起出平面动力响应的闭合级数解答。将解答归结为一组无穷代数方程组的求解,解答的数值结果可由无穷方程的截断计算得出。计算结果表明,给出的闭合解答在宽频带内能很快收敛。     

轨道不平顺随机过程的数值模拟

轨道不平顺是列车-轨道系统的动力响应的主要影响因素,不平顺样本是列车-轨道系统动力分析模型中不可缺少的参数.根据随机理论原理推导了轨道不平顺谱的空间、时间域的相互转化关系,得到了时域功率谱的表达式.分析了目前广泛应用几种轨道不平顺随机过程的模拟方法的原理及作法,通过对功率谱快速数值算法的分析给出了一种新三角级数模拟方法,该方法与逆傅氏变换法具有等效性,同时也论证了逆傅氏变换方法样本是高斯过程.最后通过实际算例的分析论证了新三角级数法与傅氏逆变换法在简便、合理等方面的优点.     

采用复合样条有限元方法求解板的动力初值问题

结构动力分析是工程设计中的重要组成部分，传统结构动力分析不能全面反映结构动力的初值特征，而Gurtin变分原理被认为是目前唯一能全面反映结构动力初值特征的变分原理。本文应用以位移为参变量的Gurtin变分原理，采用复合样条有限元的方法，即在时间域及空间域的y方向采用三次B样条函数，而在空间域的x方向采用多项式逼近广义位移，从而建立了精度较高的计算板动力初值问题的样条有限元模型。数值计算结果表明，本文所建立的方法能有效地求解板的动力初值问题，且计算精度高。     

利用谱元法计算SNREI地球的表面负荷变形

谱元法作为一种基于变分原理的数值方法,已经成为地球动力学数值模拟的重要手段.本文旨在对Martinec(2000)正演模拟表面负荷问题的谱-有限元方法进行改进.简单地介绍了谱元法计算负荷边值问题的相关理论,并推导了中性分层液体中的平衡方程以及其对应的弱形式解.在地球半径方向上,采取高阶样条函数作为负荷解的基函数,并利用高斯-勒让德方法进行数值积分.均质地球模型数值试验表明,相较于Martinec的方法,本文方法可以有效地加快数值解的收敛速度.最后,利用PREM模型计算了SNREI地球的负荷勒夫数.数值计算结果表明本文方法的收敛性和稳定性都非常好.本文方法获得的负荷勒夫数与采用传统龙格-库塔积分方法获得的结果相对误差在0.01%的量级.     

风力发电机地基的现场加速度测试和数值模拟

对某风电场风力发电机地基进行现场加速度测试,在土动力性能室内试验的基础上利用有限元对风机基础—地基系统进行数值模拟。在地基加速度的峰值、衰减规律和频率上,现场测试与计算结果吻合较好,验证了动力数值分析模型及相关参数取值的合理性,为建立风机振动对周围环境影响的数值模型提供了依据。     

指数函数模量成层地基上变截面坝的随机地震反应分析

利用剪切梁理论推导出了指数函数剪切模量成层地基上变截面坝的自振频率方程及任意阶振型函数的解析表达式,在此基础上用振型叠加原理分别给出了地基和变截面坝的地震反应解析表达式.利用随机振动理论,并基于基岩输入地震加速度的功率谱密度函数(白噪声谱和过滤白噪声谱),研究了地基和变截面坝对地震的随机动力响应问题.数值计算表明:①在白噪声谱的情况下,土层和变截面坝的最大期望反应均有别于过滤白噪声谱时的相应值;②平稳输入与输出时地基和变截面坝的最大期望反应与平稳输入非平稳输出的相应值很接近;③平稳输入过高地估计了土层和变截面坝的随机响应.     

复合材料梁、板振动特性的分析与实验研究

本文对纤维增强层合板振动问题的近似解法作了探讨。文中采用三次B样条函数与梁函数之积的级数怍为试函数,或用梁函数之积的级数作试函数,用Ritz法解这类板的固有振动问题并与三维有限元计算结果及实验结果作了比较。通过不同宽长比、不同纤维方向、不同边界条件的复合材料梁、板的共振实验,以及梁理论、板理论的计算,可以看出:纤维增强梁的自振特性随宽长比的增大由简单变得复杂;梁理论的适用界限与纤维铺设方式及界条件有关。文中给出了初步结果。     

一种利用Nyström离散与FFT快速褶积的散射地震波并行计算方法

利用数值方法解Lippermann-Schwinger(L-S)方程的主要困难在于系数矩阵存储和线性方程组求解.这主要是因为L-S方程的积分部分是一个空间褶积,在离散后将导致一个满秩矩阵,进而形成一个大型或超大型代数方程组.因此,在利用L-S解决地震波散射问题时,一般是利用散射级数法而非数值方法.然而,散射级数法的计算精度和收敛性强烈地依赖于速度扰动的强度,而克服这种依赖性的一个可能的途径就是对现有的数值方法进行改进或是建立新的数值求解方案.在这种思想指导下,首先对L-S方程进行改写,得到一个与原L-S方程等价的积分方程(等价L-S方程).然后,对等价L-S方程进行逐点归一化处理,并利用Nystr?m法对经归一化处理的等价L-S方程(归一化等价L-S方程)进行离散,并用FFT计算空间褶积.之所以这样选择是由于归一化等价L-S方程经Nystr?m法离散生成的系数阵为一个Toeplitz阵,可利用其Toeplitz性质降低存储空间;而FFT可以将矩矢空间褶积转化为乘积,且积分核部分只要计算一次即可.进一步,为节约正演计算时间,设计了进程级和线程级相结合的MPI+OpenMP并行模式.数值试验表明,与传统的积分方程数值算法相比,利用等价L-S方程、Nystr?m离散和FFT快速褶积的计算方案可极大地降低存储需求,进而在保证精度的同时提高计算效率.     

任意圆弧形凸起地形对平面SH波的散射

本文采用波函数展开方法提出弹性半空间表面一任意圆弧形凸起边界对平面ＳＨ波二维散射的封闭级数解答，利用引入的辅助函数和推广的外域型Ｇｒａｆ加法公式将解答归结为一代无穷代数方程组的求解，解答的数值结果可由无穷方程的截断计算得出，文中从级数项数增加时计算结果的收敛以及边界条件的收敛满足两方面检验了截断计算的精度，并指出了位移解答的收敛速度与主要参数之间的关系，同时，对凸起角点的应力奇异性及其对解答精度的     

基于B样条函数的散乱数据曲面拟合和数据压缩

针对大规模散乱数据,本文提出一种基于B样条函数的曲面拟合和数据压缩方法.在此方法中,构建最小平面矩形区域覆盖所有的散乱数据点,根据二维情况下的B样条函数的线性插值公式,利用最小二乘法拟合规则网格控制点的数值,存储有限规则网格控制点的数值,并通过插值可以得到任意点的数值,从而达到曲面拟合和数据压缩的目的.通过算例验证了此方法的可行性以及使用三次B样条函数曲面拟合的优越性.由于此方法具有局部误差小、计算高效的特征,可以适用于数据梯度较小的二维系统数据的曲面拟合和数据压缩,如地形高程数据和射线追踪走时表.     

高层结构-桩-土共同作用的地震反应分析

采用边界元特解样条函数提出了桩－土与上部结构共同作用的动力分析方程，分析了土桩刚度与阻抗的计算方法；指出在共同作用下，结构的动力特性发生了变化，结构自振频率减小，上部结构的位移、加速度分布不同于传统的以第1振型为主的倒三角形分布，而随着地基土软弱程度的加重越来越接近K型分布的特性。     

缔合勒让德函数的精度评定方法研究

勒让德方程是物理学和其他技术领域常常遇到的一类常微分方程.当试图在球坐标中求解三维拉普拉斯方程(或相关的其他偏微分方程)时,问题便会归结为勒让德方程的求解,解的形式是一系列勒让德多项式(函数).完全规格化缔合勒让德函数(fnALFs)的数值计算和精度评定,是地球重力场以及相关领域中的重要研究课题之一.本文利用缔合勒让德函数(ALFs)的三角函数级数展开式,研究了其定积分性质.基于球函数加法定理,给出了fnALFs定积分和fnALFs导数数值的精度评定公式.另外,利用连续函数在特定区间上的平均值概念,给出了计算fnALFs数值的精度评定方法.最后,利用引力场模型,给出了各种精度评定方法中相对误差数值确定的理论依据.     

多点输入的相邻结构—地基—土地震反应分析

本文采用样条函烽与半解析函数耦合法分析水平方向无限延伸的地基上，并对基岩处采用多点输入地震动的相邻结构－地基－土系统进行了分析，避免了人为的有限边界处理和有限边界地震动的处理，通过算例，得到了相邻结构－地基－土相互作用一些有意义的规律。     

桩基—非线性框剪结构相互作用体系（上）——群桩阻抗函数的求取

为研究桩基－非线性框剪结构相互作用体系的地震反应,需要求解群桩基础的动力阻抗函数。本文利用单桩阻抗和群桩动力相互作用因子计算群桩动力阻抗函数,计算并讨论了不同构形群桩阻抗函数在软、中和硬土地基中的变化规律和特点。研究表明：群桩阻抗表现出很强的频率相关性,随土体剪切波速的增大,群桩阻抗有较大幅度的增加,但土体剪切波速的变化对群桩效率（规格化阻抗函数）影响不大。     

黏弹性人工边界在ADINA中的应用

探讨利用ADINA 的弹簧阻尼单元模拟黏弹性人工边界的方法,并进行了均匀半空间算例与成层半空间的计算,验正了采用的黏弹性人工边界具有较高的精度,可以方便的应用于波动问题的模拟解析,从而可以有效地分析结构-地基的动力相互作用问题.     

近表面周期裂纹阵对SH波散射问题的边界元解

针对半空间中一近表面周期裂纹对SH波的散射问题,本文采用边界元法进行研究。利用周期性的条件,将问题归结为一个典型条带中含单个裂纹的问题,并推导出了以裂纹张开位移为未知函数的边界积分方程。为了解决高阶奇异的边界积分方程的数值计算问题,本文采用解析的方法进行降阶。计算了半空间表面的位移,与其他方法求解结果的比较证明了数值计算的可靠性。