基于ABAQUS的粘弹性边界单元及在重力坝抗震分析中的应用

考虑了2种不同的地震输入模型,即无质量地基模型和考虑辐射阻尼的粘弹性边界模型。以大型非线性有限元程序ABAQUS为平台,采用FORTRAN语言开发了用户单元子程序VSB_UEL.for,将粘弹性边界有效地嵌入到ABAQUS中。在尽量避免求解自由场的前提下,将离散的地震荷载转化为等效结点荷载,编写的计算程序可以方便地将等效荷载施加到人工边界结点上,并通过数值算例验证了粘弹性边界单元及波动输入程序的正确性,其求解效率和计算精度均令人满意,最后将该程序应用到在建的某水电站厂房坝段的抗震分析中。结果表明,与传统的固定边界无质量地基相比,考虑了粘弹性人工边界后,坝体的动力响应峰值减小了20%~40%;在进行结构动力响应分析时,考虑无限域地基的辐射阻尼影响是很有必要的。文中的用户子程序及波动输入程序很容易扩展至三维,为同类工程的抗震分析提供了简洁、合理的计算模式。     

二维层状介质点电源边界单元解

本文用付氏变换将点源二维地电断面的三维边值问题变成二维边值问题,然后讨论了边界元法在解决层状介质中存在二维柱体时点源场视电阻率计算问题中的应用。由于选取的基本解避免了对水平层状界面的积分计算,从而大大减少了边界剖分节点数。在计算中设法略去了对边界上位场法向导数的求解,使未知量大为减少,从而便利了求解二维边值问题,并由付氏反变换求得三维空间中的位。本方法所需计算机内存少,原始数据的输入简单,且有较高的计算精度。     

二维频率测深边界单元法正演计算

在二维层状介质中含有横向非均匀体的地电断面情况下,对电偶源的偶极长度作了延长,并选取了适当的基本解及无穷远边界条件,因而将相应的含源谐变电磁场的边值问题转化为较简单的边界积分方程．用边界单元法求出了相应的电磁场分量,进而计算阻抗视电阻率,并对这一算法作了相应的检验．     

二维频率测深边界单元法正演计算

在二维层状介质中含有横向非均匀体的地电断面情况下，对电偶源的偶极长度作了延长，并选取了适当的基本解及无穷远边界条件，因而将相应的含源谐变电磁场的边值问题转化为较简单的边界积分方程．用边界单元法求出了相应的电磁场分量，进而计算阻抗视电阻率，并对这一算法作了相应的检验．     

基于UPFs的三维紧支粘弹性边界单元

基于三维粘弹性人工边界理论,推导建立了类似于普通有限单元而具有粘弹性人工边界特性的三维紧支粘弹性边界单元,并结合UPFs二次开发的特点成功嵌入通用有限元软件ANSYS中。通过Lamb表面源问题和内源问题算例,对上述建立的单元进行了验证,计算结果表明,该单元具有与等效弹簧-阻尼器单元相同的精度和稳定性,并且使用更为简便,可操作性更强,同时基于ANSYS强大的开发平台和非线性计算能力,尚可开展其他特殊用途单元的二次开发。     

二维粘弹性随机介质中的波场特征分析

通过交错网格有限差分正演,模拟了平面地震波在二维粘弹性随机介质模型中的传播及其自激自收时间记录．为研究粘弹性随机介质模型中的波场特征,我们在理论记录(垂直分量)剖面上选取两个时间区段;在这两个不同的时间区段上,分别计算剖面的三个统计特征(横向中心频率、纵向中心频率、波场能量相对值)．这样,对应每一个粘弹性随机介质模型,我们均可计算得到6个不同的波场特征量．我们通过在二维粘弹性随机介质中的正演模拟,研究当自相关长度以及粘弹吸收系数变化时,对应的上述波场特征量的变化特点,最终得出了若干结论。     

点电源二维起伏界面三层介质边界单元法

本文在文献[5]的基础上,以三层介质下边两层界面上隆模型为例,讨论了边界元法在解决层状介质中存在二维横向不均匀情况下点源场视电阻率计算问题方面的应用。在本文中,由于选取了适当的基本解,故在所导出的方程中避免了对水平层状界面的积分计算,只对起伏边界进行积分计算,并在理论推导中设法消除了位场在边界上的法向导数,因而最后形成的代数方程组规模相当小,从而大大减少了所需的边界部分点和未知量的数目,大量地节省了计算机内存,加快了计算速度。这给数值计算带来了很大的方便,并为向二维及三维多层介质中存有异常体的问题推广提供了便利条件。     

粘弹性人工边界单元及地震动输入方法比较研究

本文引用一致粘弹性边界的概念,推导了与一致粘弹性边界等效的粘弹性边界单元,得到了粘弹性边界单元的刚度矩阵和阻尼矩阵。通过对比粘弹性边界单元阻尼系数不同取值的计算精度,给出了阻尼系数推荐取值。在输入地震动时,采用一种基于局部人工边界的子结构输入方法,实现了和波动法相同的输入效果,并且避免了复杂的应力计算和荷载作用方向判断等问题,应用更加方便。采用自由场的算例,比较了人工边界和不同输入方式的组合在SV波垂直入射时的模拟精度。为了说明边界单元的变形对计算结果的影响,提出了使用底边界输入位移幅值u_max和边界单元宽度b的比值ε=u_max/b作为变形指标,调节边界单元边长尺寸。通过算例给出了ε的推荐取值。最后,选取合适的ε后建立一个圆形孔洞散射场地模型,对散射场地模型的模拟结果验证了粘弹性边界单元和子结构输入方式应用于散射场地时仍具有较高精度。     

用边界单元法模拟二维地形对大地电磁场的影响

本文用边界单元法模拟二维地形对大地电磁场的影响.首先用格林公式将二维大地电磁的边值问题转变成积分方程,然后用边界单元法解积分方程,得到地形上的大地电磁场和它的法向导数,由此可计算电阻率.与有限单元法相比,本方法剖分后的地形与实际地形的拟合程度高,向计算机输入原始数据的工作简单,可以在微机上计算地形引起的视电阻率.本方法适合于在野外生产现场进行大地电磁法的地形改正.计算表明,地形对H_x型波的影响比对E_x型波严重得多;随着周期的增长,地形对H_x型波的影响变得稳定.     

用边界单元法模拟二维地形对大地电磁场的影响

本文用边界单元法模拟二维地形对大地电磁场的影响.首先用格林公式将二维大地电磁的边值问题转变成积分方程,然后用边界单元法解积分方程,得到地形上的大地电磁场和它的法向导数,由此可计算电阻率.与有限单元法相比,本方法剖分后的地形与实际地形的拟合程度高,向计算机输入原始数据的工作简单,可以在微机上计算地形引起的视电阻率.本方法适合于在野外生产现场进行大地电磁法的地形改正.计算表明,地形对H_x型波的影响比对E_x型波严重得多;随着周期的增长,地形对H_x型波的影响变得稳定.     

粘弹性人工边界在地震工程中应用研究综述

介绍粘弹性人工边界在结构-地基动力相互作用等问题中应用的研究现状。重点叙述了粘弹性人工边界在有限元计算中的实现方法及其在地震工程中的应用。粘弹性人工边界方法具有方便实现、计算精度高、稳定性强等优点,是解决近场波动问题的一种重要手段。随着粘弹性人工边界理论及其在有限元软件中的应用日渐成熟,其在工程抗震分析等方面将具有广阔的应用前景。     

大地电磁二维陡边界反演应用效果分析

针对石油勘探中常常遇到大块具有均匀电导率的地质单元被高陡边界分割的情况,传统的光滑反演各具特色但均有边界位置模糊的缺点,而陡边界反演方法可以有效地克服这种缺点.本文从应用的角度出发,对陡边界反演方法的原理作了详细的介绍,并应用该反演方法对两个块状结构模型的合成数据进行了反演,反演结果的拟合差分别为rms=1.66和rms=1.27,表明该方法反演结果能准确地恢复到真实模型附近;通过对比该方法与快速松弛法在实测数据中的应用,表明该方法有助于提高MT反演分辨率.但是该方法对模型参数设置和所知道的地质信息的准确性要求较高.     

基于UPFs的粘弹性人工边界单元及地震动输入方法研究

基于粘弹性人工边界相关理论和地震动输入方法的有关理论,推导并建立了既具有粘弹性人工边界特性,同时可以将地震动转化为施加在人工边界上等效荷载的三维粘弹性人工边界,并利用二次开发工具UPFs将其成功地嵌入至通用有限元分析软件ANSYS中。通过Lamb表面源问题以及内源问题对上述二次开发单元进行了验证。算例表明,该单元可以很好地对无限地基辐射阻尼进行模拟。随后通过对自由场波动输入问题的验证,表明该单元可以实现在有限元单元级别上准确有效地施加地震动等效荷载。与传统的粘弹性边界施加方式相比,该单元有着更简单的使用性以及更强的操作性,同时又不增加计算模型的规模等优势,因而计算效率更高。同时,结合通用有限元分析软件ANSYS强大的建模和计算分析能力,使粘弹性边界有着更广泛的应用,并可适用于各种结构-地基动力相互作用问题的分析。     

二维大地电磁尖锐边界反演研究

尖锐边界反演是大地电磁及其他地球物理反演中的一个较难解决的问题,目前有不少专家正对这方面进行研究.我们在分析了Zhdanov（2004）提出的基于最小支撑泛函聚焦反演方法的基础上,在目标函数中引入对角梯度支撑以改善倾斜电性分界面的反演效果.同时,为了提高计算效率,本文还使用互易定义计算灵敏度矩阵及使用正则化共轭梯度法优化目标函数.通过模型试验并与未引入对角梯度支撑的反演结果进行了比较,表明本文的方法反演效果更好而且算法稳定和实用.     

俯冲带深部应力场的二维粘弹性有限元数值模拟

基于粘弹性平面应变有限元数值模拟方法,研究了俯冲带深部的应力场特征．当根据Karato等的研究结果给出俯冲板块的粘度结构时,橄榄石——尖晶石相变界面以下中心低粘区两侧出现应力集中区,而且其主压应力方向沿俯冲方向走向．其特征与已有的深源地震主压应力方向沿俯冲方向及深源地震有两个条带的地震观测结果相吻合．相变过渡区因矿物更小的颗粒粒度而导致的更小的等效粘度对俯冲带深部应力场的影响不大;存在和不存在亚稳态橄榄石楔的情况下,橄榄石——尖晶石相变过渡区附近都有最大剪应力的最大值出现,而其主压应力方向有垂直于橄榄石——尖晶石相变过渡区走向的趋势,尚与地震观测资料不符．     

有限单元分析中的移动边界方法

本文就波动问题提出一种移动边界的有限单元解法。此时模型边界的位置不是固定的,它将随着波前向前推进和退回,以保证在计算时间长度内边界反射波不到达观测点。文中给出了计算边界有效载荷的递推公式,可以简便有效地避免虚假反射波的干扰。为降低运算量和虚模型中的存贮,应适当选取移动间隔,截断误差和移动起点。对于层状模型,若采用直接积分的中心差分方法,计算过程十分简单,也可用于有限差分等方法的计算中。该方法在应用上的限制是对计算机内存量的要求较通常方法为大。     

有限单元分析中的移动边界方法

本文就波动问题提出一种移动边界的有限单元解法。此时模型边界的位置不是固定的,它将随着波前向前推进和退回,以保证在计算时间长度内边界反射波不到达观测点。文中给出了计算边界有效载荷的递推公式,可以简便有效地避免虚假反射波的干扰。为降低运算量和虚模型中的存贮,应适当选取移动间隔,截断误差和移动起点。对于层状模型,若采用直接积分的中心差分方法,计算过程十分简单,也可用于有限差分等方法的计算中。该方法在应用上的限制是对计算机内存量的要求较通常方法为大。     

小波变换在二维瞬时参数分析中的应用

一维复数道的思想经过推广,可以得到二维复数道的理论.同一维情况类似,基于Hilbert变换计算瞬时参数时,信号中的噪声对计算结果有严重的影响,提出了利用小波变换理论求取二维瞬时参数的一种新方法,并且与H1bert变换方法得到的二维瞬时参数进行了比较,理论模型结果表明,小波变换方法得到的瞬时参数有较强的抗噪能力;从理论上分析了小波函数的选择对于瞬时参数计算精度的影响,模拟数据计算结果表明,用接近地震子波的小波函数作为基本小波计算瞬时参数,抗噪能力强,计算精度高.     

ABAQUS在超高层结构动力弹塑性分析中的应用

本文概述了现有的弹塑性分析方法即静力和动力弹塑性分析方法,并比较了其优缺点。同时,应用大型有限元软件ABAQUS对西昌某超高层建筑进行了动力弹塑性时程分析,对动力弹塑性时程分析方法在高层、特别是在超限高层分析中的推广和应用提供了有益的参考和借鉴。     

软件ABAQUS在饱和土体动力响应分析中的应用

研究表明:地震作用下土体的动力特性及变形特性与超静孔隙水压力的发展变化密切相关,因此,在土体动力分析过程中考虑孔隙水压的影响是非常必要的。本文通过对基本方程的推导,借助于大型有限元软件ABAQUS,进行了饱和土体在动力作用下孔隙水压变化的数值模拟。计算结果表明,ABAQUS完全适用于此类问题的数值模拟,并且稳定性和收敛性较好。